Nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng cao để sản xuất dầm super t trong xây dựng cầu

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN TUẤN DŨNG Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 14/03/1980 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: xây dựng cầu hầm Mã số ngành: 2.15.10 Nghiên cứu ứn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày… tháng… năm 2008

Tp.HCM, ngày… tháng……năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: PHAN TUẤN DŨNG Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 14/03/1980 Nơi sinh: Phú Yên

Chuyên ngành: xây dựng cầu hầm Mã số ngành: 2.15.10

Nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng cao (High Performance Concrete)

để sản xuất dầm super “T” trong xây dựng cầu

thiết kế một nhịp cầu

Chương V: Tổ chức sản xuất và thi công dầm super “T” bằng bê tông chất lượng cao

Kết luận và kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Văn Chánh

Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng cao (HPC) để sản xuất dầm

super “T” trong xây dựng cầu” được thực hiện từ tháng 01/2008 đến tháng 6/2008

với mục đích nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng cao để sản xuất dầm super

“T” và đưa ra phương án cấu tạo dầm đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật nhất áp dụng cho cầu ở điều kiện bình thường tại Việt Nam

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Chánh đã giúp đỡ, tận tình hướng dẫn và cung cấp các thông tin cần thiết để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Cầu đường và Khoa Sau Đại học của Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót Tôi rất mong được sự đóng góp của quý Thầy Cô giáo và bạn bè đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn

HV Phan Tuấn Dũng

Đề tài nghiên cứu này do học viên Phan Tuấn Dũng trực tiếp thực hiện tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Văn Chánh theo quyết định số 113/QĐ-ĐHBK-SĐH của Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh về việc giao đề tài luận văn thạc sĩ ngày 13 tháng 03 năm 2008

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác trừ những trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc và tác giả

Học viên:

Phan Tuấn Dũng

SẢN XUẤT DẦM SUPER “T” TRONG XÂY DỰNG CẦU

- CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

Hiện nay, bê tông chất lượng cao đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều công trình xây dựng trên thế giới như cầu đường, kiến trúc, thủy lợi, ngầm với đặc điểm lợi thế hơn hẳn các loại bê tông thông thường về mặt chất lượng, hiệu quả kinh tế như bê tông đạt chất lượng cao, dễ cơ giới hóa, thi công hàng loạt trong công xưởng với kết cấu thanh mãnh, kiến trúc đẹp

Ở Việt Nam, bê tông chất lượng cao được áp dụng trong một số công trình đặc biệt như: bê tông trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông, bê tông chịu nhiệt Tuy nhiên, cho đến nay, sự ứng dụng này vẫn chưa được nghiên cứu kỹ và nhìn nhận đứng mức Do đó, thông qua việc tập trung nghiên cứu toàn diện hơn về khả năng ứng dụng linh hoạt của bê tông chất lượng cao trong xây dựng cầu nói riêng và trong phạm vi ứng dụng rộng rãi hơn nói chung, chúng ta có thể có được nhiều ứng dụng tiên tiến hơn, hiệu quả hơn để sản xuất các công trình xây dựng liên quan

Với định hướng như trên, trong phạm vi của đề tài này, nội dung chính nghiên cứu một trong những ứng dụng của bê tông chất lượng cao để sản xuất ra dầm super “T” với chất lượng và hiệu quả kinh tế cao hơn loại dầm super “T” thông thường hiện nay đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam Đó là ứng dụng bê tông chất lượng cao cấp 65MPa với sự hỗ trợ của phụ gia Silica Fume để sản xuất dầm super “T” trong xây dựng cầu

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO SỬ

DỤNG ĐỂ SẢN XUẤT DẦM SUPER “T”

Bên cạnh đó, một vấn đề không thể không nhắc đến trong sản xuất là để bê tông đạt chất lượng cao ở đầu ra thì chất lượng vật liệu đầu vào phải cao, nghĩa là không chứa các chất gây ăn mòn, tỉ lệ cấp phối đạt chuẩn, và đạt được các yêu cầu kỹ thuật

đề ra cho bê tông

Với bê tông chất lượng cao, đặc tính cơ lý của bê tông có thay đổi so với bê tông thường mà chính sự khác biệt này sẽ làm cơ sở tính toán kết cấu dầm cầu ở các chương sau

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM SUPER “T” CHẾ TẠO TỪ BÊ

TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO

Từ những đặc điểm về tính chất cơ lý đã được nêu ở trên, tính toán thiết kế ra được kết cấu dầm super “T” nhịp 38,2m với chiều cao 1,3m, giảm 0,45m so với dầm super “T” cùng nhịp đang sử dụng đại trà ở Việt Nam đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật theo 22TCN272-05 trong quá trình sản xuất, vận chuyển và lắp đặt

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG DẦM SUPER “T” CHẾ TẠO TỪ BÊ TÔNG CHẤT

LƯỢNG CAO ĐỂ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT NHỊP CẦU Ứng dụng dầm super “T” đã được thiết kế ở trên để thiết kế đại diện một nhịp cầu

có bề rộng ngang là 11,6m Kết quả tính toán cho thấy, dầm Super “T” được sản xuất bằng bê tông chất lượng cao được thiết kế ở trên thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật thiết kế cầu theo 22TCN272-05

CHƯƠNG V: TỔ CHỨC SẢN XUẤT VÀ THI CÔNG DẦM SUPER “T” BẰNG

BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO (HPC)

Để có được dầm super “T” sản xuất bằng bê tông chất lượng cao, việc thi công sản xuất dầm phải tuân thủ nghiêm các yêu cầu kỹ thuật và biện pháp thi công được đề

ra

hoàn toàn có thể thay thế dầm super “T” hiện tại với ưu điểm thanh mãnh, và bền vững hơn

CONCRETE (HPC) TO PRODUCE SUPER “T” GIDER IN BUILDING BRIDGE

-

CHAPTER I: GENERAL

Nowadays, high performance concrete (HPC) was widely researched and applied in many constructions on over the world such as roads, bridges, architectures, irrigational works, with the advantage features in quality, economic are concrete with high performance, mechamize easily, manufacture in the factory with slim structures, beautiful architectures

In Vietnam, HPC was applied in some of special constructions such as steel pipe filled with concrete, heat-resistant concrete, However, until now this application

of HPC is still not researched particularly as well as recognized fully about its salient features Thereby, by foccusing on reseaching more carefully and widely on the flexible application features of HPC in buiding bridge as well as more widely related applications, we will be studied a lot of related constructions which are more advance and economic than the same

Based on the above issue, in scope of this dissertation, mentions of one of the application of HPC to produce a super “T” gider which has quality and economic are more than the same gider that now are widely used in Vietnam That is: Uses the concrete grade 65MPa with the add mixture “Silica Fume” to produce super “T” gider

CHAPTER II: THE HIGH PERFORMANCE CONCRETE TECHNIQUE TO

PRODUCE SUPER “T” GIDER

suitable concrete aggregate

Besides, the important thing that is to have good output product, the input materials must be high quality Mean that materials does not contain the corrosives, has standard aggregate rate and meets the specifications of concrete

With HPC, its physico-mechanical properties maybe changes in comparison with normal concretes

CHAPTER III: CANCULATE AND DESIGN A SUPER “T” GIDER MADE OF

HIGH PERFORMANCE CONCRETE

Based on above physico-mechanical properties of HPC, we will canculate and design a super “T” structure has span equal 32.8 metres, heigh equal 1.3 metres This structure reduces smaller than the same (0.45 metres) now are widely used in Vietnam, ensures all specifications as 22TCN272-05 in producing, transportation and install

CHAPTER IV: APPLICATION SUPER “T” GIDER MADE OF HIGH

PERFORMANCE CONCRETE TO DESIGN A BRIDGE SPAN From the above super “T”, is used to be designed a span has width equal 11.6 metres The result shows that this super “T” meets all specifications as 22TCN272-

05

CHAPTER V: TO ORGANIZE PRODUCTION AND BUILDING SUPER “T”

GIDER MADE OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE

To have a best quality super “T” gider from HPC, the producer have to follow all technical requirements and the method to buiding strictly So this chapter mentions this issues

gider made of high performance concrete above can replace existing super “T” gider with slim structures and durability than

1.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng bê tông chất lượng cao trên thế giới

1.2 Lịch sử phát triển dầm Super “T” trên thế giới

1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông chất lượng cao ở Việt

Nam

1.4 Phát triển dầm super “T” ở Việt Nam

1.5 Mục tiêu đề tài nghiên cứu

1.6 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

1.7 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BÊ TÔNG CHẤT

LƯỢNG CAO SỬ DỤNG ĐỂ SẢN XUẤT DẦM SUPER “T”

2.1 Mục tiêu

2.2 Sơ lược các tính chất của bê tông chất lượng cao

2.3 Tính chất cơ lý của bê tông chất lượng cao

2.6.1 Cường độ chịu nén

2.6.2 Cường độ chịu kéo

2.6.3 Mô đun đàn hồi

2.5 Tính chất hóa học của bê tông chất lượng cao

2.5.1 Tác dụng với vôi dư

2.5.2 Tăng cường vùng chuyển tiếp giữa hạt xi măng và cốt liệu (đá)

2.5.3 Tăng tính bền của bê tông

2.5.4 Tăng khả năng chống ăn mòn của hóa chất

2.6 Lý thuyết tính toán bê tông chất lượng cao

2.6.1 Đường cong ứng suất –biến dạng

2.7.4 Nước trộn bê tông và nước bảo dưỡng

2.7.5 Phụ gia siêu dẻo Sikament NN

2.7.6 Phụ gia silica fume Sikacrete PP1

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM SUPER “T” CHẾ

TẠO TỪ BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO

3.8 Tính toán sức kháng uốn của dầm liên hợp

3.9 Kiểm tra giới hạn cốt thép

3.9.1 Lượng cốt thép tối đa

3.9.2 Lượng cốt thép tối thiểu

3.10 Kiểm tra khả năng chịu ma sát cắt

3.11 Kết luận

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG DẦM SUPER “T” CHẾ TẠO TỪ BÊ

TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO ĐỂ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

MỘT NHỊP CẦU

4.1 Nhiệm vụ

4.2 Giới thiệu một nhịp cầu sử dụng dầm super “T”

4.3 Mô hình hóa tính toán

4.3.1 Tổng quan về mô hình tính toán

4.4 Tính toán nội lực

4.4.1 Nội lực do tĩnh tải giai đoạn 2

4.4.2 Nội lực do hoạt tải

4.4.3 Tổ hợp nội lực trong giai đoạn khai thác

4.5 Kiểm tra ứng suất thớ trong giai đoạn khai thác

4.6 Kiểm tra khả năng chịu mômen trong giai đoạn khai thác

4.7 Kiểm tra khả năng chịu lực cắt trong giai đoạn khai thác

4.8 Kiểm tra độ võng trong giai đoạn khai thác

4.9 Kiểm tra ứng suất trong cáp trong giai đoạn khai thác

4.10 Kết luận

CHƯƠNG V: TỔ CHỨC SẢN XUẤT VÀ THI CÔNG DẦM SUPER

“T” BẰNG BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO

5.1 Đặc điểm chung

5.2 Công tác lắp dựng ván khuôn

5.3 Công tác gia công và lắp ghép cốt thép thường

5.4 Công tác căng kéo cáp dự ứng lực

5.5 Công tác trộn vận chuyển và đổ bê tông dầm

5.6 Công tác bảo dưỡng dầm

5.7 Công tác cắt cáp dự ứng lực

5.8 Vận chuyển và lắp đặt dầm

5.9 Thi công bản mặt cầu

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận về việc ứng dụng bê tông chất lượng cao để sản xuất dầm

super “T” trong xây dựng cầu

2 Những tồn tại của đề tài và hướng nghiên cứu tiếp theo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

KÍ HIỆU:

HPC: Bê tông chất lượng cao

N/X : Tỉ lệ nước trên xi măng

E: Mô đun đàn hồi bê tông

LRFD: Tiêu chuẩn thiết kế theo tải trọng và hệ số tải trọng

Ig : Mô men quán tính mặt cắt nguyên

ec : Độ lệch tâm cáp so với trục trung hòa

Mg : Mô men do tải trọng bản thân dầm

BẢNG BIỂU:

Bảng 1.1 - Danh sách cầu sử dụng bêtông cường độ cao

Bảng 2.1 - Vật liệu sử dụng cho bê tông chất lượng cao

Bảng 2.2 - Lựa chọn các đặc tính cho bê tông chất lượng cao

Bảng 2.3 - Xác định thành phần hạt cát

Bảng 2.4 - Xác định thành phần hạt đá

Bảng 2.5 - Chỉ tiêu xi măng PC50

Bảng 2.6 - Các chỉ tiêu của nước trộn và bảo dưỡng bê tông

Bảng 2.7 - Tổng hợp các đặc tính của nguyên vật liệu

Bảng 2.8 - Yêu cầu kỹ thuật của nguyên vật liệu

Bảng 3.1 - Chiều dài đoạn không dính bám của cáp

Bảng 3.2 - Đặt trưng hình học mặt cắt ngang dầm

Bảng 3.3 - Mô men do tĩnh tải đối với mặt cắt giai đoạn I

Bảng 3.4 - Lực cắt do tĩnh tải đối với mặt cắt giai đoạn I

Bảng 3.5 - Tính toán mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi

Bảng 3.6 - Tính toán mất mát ứng suất do từ biến

Bảng 3.7 - Tổng hợp mất mát ứng suất

Bảng 3.8 - Tổng hợp ứng suất thớ do dự ứng lực gây ra

Bảng 3.9 - Tổng hợp ứng suất thớ do tĩnh tải giai đoạn 1 gây ra

Bảng 3.10 - Tổng hợp ứng suất thớ trong giai đoạn thi công lắp đặt

Bảng 3.11 - Tính toán sức kháng uốn của dầm

Bảng 4.1 - Tổng hợp hệ số phân bố ngang

Bảng 4.2 - Mô men do tĩnh tải giai đoạn 2

Bảng 4.3 - Lực cắt do tĩnh tải giai đoạn 2

Bảng 4.4 - Kết quả tính toán nội lực do hoạt tải

Bảng 4.5 - Tính toán hệ số điều chỉnh tải trọng

Bảng 4.7 - Tổng hợp nội lực do hoạt tải

Bảng 4.8 - Tổng hợp nội lực do tĩnh tải giai đoạn 1

Bảng 4.9 - Tổng hợp nội lực do tĩnh tải giai đoạn 2

Bảng 4.10 - Tổ hợp tải trọng giai đoạn sử dụng

Bảng 4.11 - Bảng tổng hợp ứng suất do dự ứng lực gây ra

Bảng 4.12 - Bảng tổng hợp ứng suất do tải trọng gây ra

Bảng 4.13 - Bảng kiểm tra ứng suất thớ

Bảng 4.14 - Bảng mô men trong giai đoạn sử dụng

Bảng 4.15 - Bảng kiểm tra khả năng chịu lực cắt của dầm

Bảng 4.16 - Bảng kiểm tra độ võng do hoạt tải

Bảng 4.17 - Bảng kiểm tra ứng suất trong cáp

HÌNH ẢNH:

Hình 1.1 - cầu Ohio

Hình 1.2 - cầu Colorado

Hình 1.3 - Bản mặt cầu cầu Ohio

Hình 1.4 - nhà xe sân bay Milwaukee, Wisconsin

Hình 1.5 - đáy tầng hầm Wandoo ở Australia

Hình 1.6 - Petronas Towers, Malaysia

Hình 1.7 - Đập Littlerock , California

Hình 1.8 - Canister Storage Building Hanford Nuclear Site, WA

Hình 1.8 - Cầu ông Lớn

Hình 1.9 – Cầu Hùng Vương

Hình 1.10 - Sơ hoạ cấu tạo dầm Super “T” căng trước

Hình 1.11 - Sơ hoạ cấu tạo dầm Super “T” căng sau

Hình 2.1 – Phân vùng cấp bê tông

Hình 2.2 - Hiệu quả của hạt silica fume nhỏ hơn ximăng

Hình 2.3 - Hiệu quả gia tăng cường độ khi có silica fume

Hình 2.4 - Phát triển cường độ trong 3 năm của bê tông cường độ cao

Hình 2.5 - Biểu diễn quan hệ cường độ bê tông và mô đun đàn hồi (Hội

đường bộ liên bang hoa kỳ FHA)

Hình 2.6 - Khả năng chịu mài mòn của bê tông

Hình 2.7 - biểu đồ giảm hàm lượng Ca(OH)2 theo hàm lượng silica fume

Hình 2.8 - mặt tiếp xúc cốt liệu và xi măng phóng đại

Hình 2.9 - Lỗ rỗng được tạo ra do nước chiếm chổ

Hình 2.10 - Silica fume lấp đầy khe hở giữa cốt liệu và hạt xi măng

Hình 2.11 - Biểu biễn hiệu quả của việc giảm nước và tăng hàm lượng SF

Hình 2.12 - tính bền của bê tông trong acid

Hình 2.13 - Tăng khả năng chống acid khi tăng hàm lượng SF

Hình 2.14 - Đường cong ứng suất khối bê tông thường

Hình 2.15 - Ứng xuất khối lý tưởng của Bê tông cường độ cao

Hình 2.16 - quy đổi ứng suất khối tương đương

Hình 2.17 – Biểu đồ cấp phối hạt cát

Hình 2.18 – Biểu đồ cấp phối đá

Hình 3.1 – Cấu tạo mặt cắt ngang dầm

Hình 3.2 – Cấu tạo mặt cắt dọc dầm

Hình 3.3 – Cấu tạo cốt thép đai dầm

Hình 3.4 – Cấu tạo mặt cắt liên hợp lựa chọn

Hình 3.5 – Chia đoạn dầm tính toán

Hình 4.1 - Cấu tạo mặt cắt ngang cầu

Hình 4.2 – Mô hình tính toán theo 1 dầm giản đơn

Hình 4.3 – Xe tải thiết kế

Hình 4.4 – Phân bố tải trọng làn thiết kế

Hình 4.5 – Sơ đồ xếp tải lên đường ảnh hưởng điển hình

Hình 4.6 – Biểu đồ đường bao mômen

Hình 4.7 – Cấu tạo cốt thép ngang

Hiện nay dầm super “T” được sản xuất và ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam trong xây dựng cầu, nhưng chất lượng bê tông sử dụng mỗi nơi một khác, chỉ mới quan tâm đến cường độ chịu nén là chính mà chưa quan tâm nhiều đến chất lượng hệ cốt liệu đầu vào và tình trạng kết cấu trong tương lai Nói cách khác, các thành phần hoá học có trong vật liệu có thể gây ăn mòn bê tông và thép chưa được quan tâm đúng mức Công trình cầu là công trình vĩnh cửu, được thiết kế sử dụng 100 năm nên hệ vật liệu đầu vào phải hết sức chọn lọc để được bê tông tốt nhất có thể, đó là nội dung của bê tông chất lượng cao mà các nước phát triển đang áp dụng

Đơn đặt hàng theo công văn số 825/SGTCC-ĐT ngày 12/12/2005 của Sở Giao thông Công chính TP.HCM cho Sở Khoa học Công nghệ TP.HCM nghiên cứu thiết

kế, công nghệ chế tạo dầm bê tông cốt thép dự ứng lực chất lượng cao (Bêtông có tính năng cao) và được thông báo rộng rãi với nội dung: Các kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực chất lượng cao sẽ cho phép dầm bê tông cốt thép dự ứng lực vượt được khẩu độ cao hơn, kết cấu thanh mảnh hơn, chịu tác động ảnh hưởng của môi trường, có độ bền và tuổi thọ cao Thiết kế vật liệu bêtông chất lượng cao góp phần tạo ra một thế hệ cầu mới có chất lượng, tạo ra kết cấu cầu có kiến trúc đẹp và sử dụng lâu dài phục vụ đắc lực cho một số cầu vượt trên địa bàn TP HCM Kết quả của đề tài có tác động mạnh làm thay đổi cơ bản về quan điểm thiết kế, kiểu dáng cầu và kết cấu cầu ở Việt Nam

Bê tông chất lượng cao (High Performance Concrete - HPC) được định nghĩa bởi Viện Bê tông Mỹ (ACI) như là một lại hỗn hợp đặc biệt về tính năng và độ đồng nhất theo yêu cầu được đề ra mà bê tông với sự pha trộn hỗn hợp, đổ và bảo dưỡng bình thường không thể đáp ứng được Bê tông chất lượng cao phải có những đặc điểm phù hợp với yêu cầu sử dụng như: tính bền mài mòn, bền trong môi trường nước biển, bền với hoá chất, ổn định nhiệt, giảm co ngót từ biến, chống xâm thực ăn mòn cốt thép… nhằm mục đích nâng cao chất lượng công trình và thời gian sử dụng

dùng cho nước biển, bê tông cường độ cao, bê tông dẻo, bê tông chịu nhiệt, bê tông chịu mài mòn… Nhưng phải sử dụng đúng đặc điểm làm việc của kết cấu thì mới phát huy tối đa chất lượng và tính bền của bê tông Ngoài ra phải đạt được hình dáng kết cấu tốt hơn, kinh tế hơn

Đề tài này nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng cao để sản xuất và thi công dầm super “T” ở miền nam Việt Nam, giải quyết tăng cường khả năng chống ăn mòn cốt thép từ môi trường ngoài và từ những chất có sẳn trong hệ vật liệu, giảm co ngót, từ biến và nhiệt, từ đó giảm vết nứt, kết cấu đặc sít hơn, tăng cường độ bê tông nhưng giảm hàm lượng xi măng, và sự phù hợp với mô hình tính toán, tính toán thiết kế dầm super “T” có kích thước mặt cắt ngang có chiều cao thấp hơn, đạt hiệu quả kinh tế hơn

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

1.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng bê tông chất lượng cao trên thế giới

Các công trình xây dựng nói chung và công trình cầu nói riêng ngày càng được xây dựng nhiều và với quy mô lớn để đáp ứng kịp thời nhu cầu hoàn thiện hệ thống cơ

sở hạ tầng Hiện nay, trên thế giới đã tìm ra nhiều loại vật liệu mới có những đặc tính tốt như thép chất lượng cao và bêtông chất lượng cao Những loại vật liệu này

có ưu điểm vượt trội so với những loại vật liệu thông thường khác Do đó, rất nhiều loại kết cấu mới được áp dụng trong lĩnh vực xây dựng cầu Việc áp dụng các loại vật liệu này trong lĩnh vực xây dựng mang lại những hiệu quả như:

- Kết cấu công trình vượt được nhịp lớn

- Giảm trọng lượng bản thân kết cấu công trình do tận dụng được khả năng làm

việc của các loại vật liệu mới

- Tăng tính thẩm mỹ kiến trúc cho các công trình xây dựng

- Tăng hiệu quả sử dụng khi đưa các công trình vào khai thác

- Giảm ngắn thời gian thi công công trình

Bêtông được coi là cường độ cao đã được áp dụng trong việc xây nhà cao tầng ở

Mỹ vào cuối những năm 1970 và nay được gọi là bêtông chất lượng cao bởi nó có nhiều tính chất không chỉ là cường độ cao hơn mà còn có sự gia tăng các mặt như: tính bền, tính chống mài mòn, tính co ngót từ biến, tính biến dạng…

Thuật ngữ “bêtông chất lượng cao” được bắt nguồn từ Pháp được Roger Lacroix và Yver Malier đặt tên năm 1980 Năm 1986, một dự án của Pháp “Những con đường mới sử dụng bêtông” đã được tiến hành bởi nhóm 36 nhà nghiên người Pháp, Thụy điển và Canada Đứng đầu nhóm các nhà nghiên cứu Canada là Pierre-Claude Aitcin

Tiếp sau đó, cuối năm 1988 Pierre-Claude Aitcin và các cộng sự đã viết thành công bản đề xuất hệ thống các ưu điểm chính về bêtông chất lượng cao, được chính phủ liên bang tài trợ trong «Chương trình các ưu điểm nổi bật »

Chương trình nghiên cứu được bắt đầu vào năm 1990 và giai đoạn II được tiến hành vào năm 1994 Hệ thống này được gọi là Bêtông Canada Các nhà nghiên cứu Bêtông Canada đã không chỉ sử dụng các nghiên cứu của Canada Bằng chất lượng của rất nhiều công trình đã được công bố trong các tờ báo khoa học, một bản nghiên cứu không chính thức đã được gửi cho 7000 địa chỉ khắp thế giới là các tổ chức chuyển giao công nghệ, các hội thảo, và các dự án xây dựng cụ thể Bê tông Canada

đã trở thành một vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi ở Canada

Tại Mỹ, « chương trình nghiên cứu đường cao tốc chiến lược » đã tài trợ một dự án

về bêtông chất lượng cao Năm 1990, danh sách các tài liệu tham khảo giai đoạn 1974-1989 « Bêtông chất lượng cao » được xuất bản

Kể từ đó thuật ngữ này trở nên thông dụng, năm 1993 Viện nghiên cứu bêtông Mỹ đưa ra định nghĩa sau :

« Bêtông chất lượng cao » là loại bêtông có chất lượng đặc biệt và yêu cầu tính đồng nhất, nó không thể có được khi chỉ sử dụng các vật liệu thông thường, cách trộn, đổ bêtông, bảo dưỡng thông thường Các yêu cầu về chất lượng có thể bao gồm sự cải thiện sắp xếp và lèn chặt không có phân tầng, các tính chất cơ lý dài hạn, cường độ ở độ tuổi thấp, độ dai, ổn định thể tích, tuổi thọ khai thác trong nhiều môi trường

Hầu hết trong các ứng dụng, tỷ lệ vật liệu N/X không vượt quá 0,4 nhưng một số loại bêtông chất lượng cao không thỏa mãn tiêu chuẩn trên HPC đổ tại chỗ thường

có tro sỉ, bêtông đúc sẵn không có tro sỉ, thực tế tro sỉ đóng vai trò quan trọng để có cường độ cao

Trong giai đoạn 1990-2000 có rất nhiều các nghiên cứu về lĩnh vực này, hàng nghìn

tài liệu đã được xuất bản Nhiều chương trình nghiên cứu quan trọng được tiến hành tại rất nhiều nước ở Châu Âu, Châu Á, Úc , Nhật Bản và Bắc Mỹ

Sau đây là một số công trình tiêu biểu được thi công bằng bê tông chất lượng cao:

** Áp dụng xây dựng dầm cầu:

Hình 1.1 - cầu Ohio

Hình 1.2 - cầu Colorado

Cường độ bêtông (Mpa)

Cầu Kylesku Scotland 79 53

Cầu Đông

Cầu qua đường

** Áp dụng trong xây dựng dân dụng:

Hình 1.4 - nhà xe sân bay Milwaukee, Wisconsin

Hình 1.5 - đáy tầng hầm Wandoo ở Australia

Hình 1.6 - Petronas Towers, Malaysia

Hình 1.7 - Đập Littlerock ,

California

Hình 1.8 - Canister Storage Building Hanford Nuclear Site, WA 1.2 Lịch sử phát triển dầm Super “T” trên thế giới

Các dự án phát triển cơ sở hạ tầng gần đây ở Sydney hiệu nay đã giới thiệu dầm Super Tees của Cục đường bộ bang Victoria

Phát triển đầu tư các loại dầm này là Ban Công Trình Cầu Lớn thuộc cục đường bộ bang Victoria và nền công nghiệp bê tông đúc sẵn Bang Victoria Dầm Super Tees

là dầm bê tông đúc sẵn dự ứng lực kéo trước hoàn chỉnh, nó kết hợp các tính năng kết cấu của dầm hộp với dạng ván khuôn vĩnh cửu đối với bản

Với mong muốn chế tạo một loại dầm mới có giá thành thấp hơn các dầm tiêu chuẩn, áp dụng cho miền chiều dài nhịp trung bình, có thể dễ dàng sản xuất và vận chuyển, và chỉ sử dụng một bộ khuôn đúc cho các chiều dài nhịp, Ban Công Trình Cầu Lớn thuộc cục đường bộ bang Victoria đã nghiên cứu cải tiến loại dầm máng

hở tiêu chuẩn và kết hợp với đặc điểm của dầm T để cho ra đời loại dầm có tiết diện dạng hộp và đổ bê tông tại chỗ cho bản mặt cầu - gọi là dầm Super-T

Dầm được định hình hoá với các chiều cao từ 750mm đến 1750mm cho các nhịp từ

20 đến 36m Sau khi các kỹ sư tư vấn lẫn kỹ sư của Vic.Road chấp nhận, Chiếc dầm đầu tiên đã được đúc trong vòng 6 tháng và chiếc cầu đầu tiên được hoàn thành trong vòng 12 tháng

Dầm Super Tees có bốn dạng chiều dày tiêu chuẩn của dầm tương ứng với chiều dài dầm, điều này tương tự như đối với các dầm bê tông ứng xuất trước

Dầm Super-T kế thừa những ưu điểm sẵn có của dầm bê tông dư ứng lực đúc sẵn, như tính trường tồn tuyệt vời Những ưu điểm của dầm Super Tees được thống kê qua việc sử dụng cầu ở Úc Dầm Super-T có nhiều ưu điểm trong việc chế tạo và thi công đồng thời có khả năng cạnh tranh với các loại dầm khác như dầm T, I khi được sử dụng rộng rãi Nó cũng đang được sự chú ý của các nhà sản xuất và đang được nghiên cứu phát triển Đến nay, dầm Super -T đang được ứng dụng rất thành

công ở bang Victoria và đã chứng minh được hiệu quả kinh tế kỹ thuật

1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông chất lượng cao ở Việt Nam

Cũng có một vài công trình nghiên cứu rãi rác về một phần của bê tông chất lượng cao, áp dụng cho nhiều lĩnh vực được công bố, nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu áp dụng tính toán cho dầm cầu tại Việt Nam Cụ thể một vài công trình như:

- Phân tích tính năng và ứng dụng bê tông tính năng cao vào các công xây dựng, cầu lớn ở đồng bằng sông Cửu Long Đề tài này phân tích về cường độ nén, độ chống thấm ion Clo, chi phí tài chính và các giải pháp kết cấu vật liệu cho bê tông tính năng cao sử dụng cho các công trình, cầu lớn ở ĐBSCL - Việt Nam

- Chế tạo bê tông và vữa tính năng cao sử dụng microsilica từ xi măng pooclăng Đề tài đã nghiên cứu thành công việc sử dụng tro trấu - nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước để thay thế cho Silicafume nhập khẩu

- Ứng dụng của muội Silic trong công nghệ chế tạo bê tông chất lượng cao, công thức thực nghiệm tính cường độ bê tông khi có sử dụng muội Sillic Nghiên cứu ảnh hưởng và ứng dụng của muội Silic trong công nghệ chế tạo bê tông chất lượng cao Nghiên cứu ứng dụng rộng rãi bê tông chất lượng cao, cường độ cao vào các công trình xây dựng ở Việt Nam Đề nghị công thức thực nghiệm xác định cường độ bê tông khi có sử dụng muội Silic Từ đó tuỳ vào yêu cầu của kết cấu có thể sơ bộ tính toán làm lượng muội Silic cũng như cấp phối bê tông trước khi chế tạo

Bên cạnh các công trình nghiên cứu lý thuyết, cũng đã có một vài công trình sử dụng bê tông chất lượng cao để thi công, bê tông lúc này đòi hỏi một vài tính năng đặc biệt như bê tông nhồi trong ống thép cầu vòm của cầu Hùng Vương ở Phú Yên hoặc cầu trên đại lộ Nguyễn Văn Linh, hay cầu Công Lý ở TP.HCM

Hình 1.8 - Cầu ông Lớn Hình 1.9 – Cầu Hùng Vương

Bê Tông sử dụng trong ống thép có mác 300 nhưng đòi hỏi những tính năng đặc biệt bảo đảm tính dính bám và làm việc chung với ống thép là: không co ngót, rắn chắc nhanh, tính dẻo cao, độ sụt lớn (là bê tông tự đầm)

1.4 Phát triển dầm super “T” ở Việt Nam

Ở Việt nam, lần đầu tiên dầm Super-T được đưa vào áp dụng cho cho phần cầu dẫn của dự án cầu Mỹ Thuận là một trong các dự án cầu hiện đại nhất nước ta Chiều dài của dầm Super-T được phát triển thành L=40m và đặc biệt là đầu dầm cắt khấc

để che phần nhô ra của xà mũ trụ, tạo mỹ quan đẹp cho tổng thể toàn bộ công trình Hơn nữa, nhịp chính của cầu Mỹ Thuận là dạng kết cấu hiện đại, khẩu độ lớn nên sự lựa chọn dầm Super-T cho phần cầu dẫn là hoàn toàn hợp lý Trong dự án cải tạo Đường 10 hiện nay đang được xây dựng, dầm Super-T được áp dụng cho các cầu Tân Đệ, Quý Cao là một trong các cầu lớn của nước ta

Hiện nay dầm super “T” chiếm ưu thế trong cầu giản đơn vược nhịp lớn, đặc biệt là dầm căng trước với đặc điểm là các tao cáp dự ứng lực chạy thẳng với một số bó cáp được cách ly với bê tông ở 2 đầu dầm nhằm giảm bớt sự tập trung ứng xuất kéo

ở thớ trên khi dự ứng lực như hình sau:

Hình 1.10 - Sơ hoạ cấu tạo dầm Super “T” căng trước

Dầm super-T căng sau có các tao cáp dự ứng lực kéo sau được uốn cong lên cánh dầm ở 2 đầu dầm có tác dụng giống như dầm chữ I hoặc T căng sau Tuỳ thuộc vào

ý đồ thiết kế, yêu cầu cảnh quan khu vực xây dựng cầu mà 2 đầu dầm được khấc và

kê lên xà mũ dạng chữ T ngược để tạo nên tổng thể kiến trúc hài hòa như hình sau:

1.5 Mục tiêu đề tài nghiên cứu

Nghiên cứu thiết kế kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực chất lượng cao sẽ cho phép dầm bê tông cốt thép dự ứng lực vượt được khẩu độ cao hơn, kết cấu thanh mảnh hơn, chịu tác động ảnh hưởng của môi trường, có độ bền và tuổi thọ cao Thiết kế vật liệu bêtông chất lượng cao góp phần tạo ra một thế hệ cầu mới có chất lượng, tạo ra kết cấu cầu có kiến trúc đẹp và sử dụng lâu dài phục vụ đắc lực cho một số cầu vượt trên địa bàn TP HCM Kết quả của đề tài có tác động làm thay đổi cơ bản

về phương pháp thiết kế, kiểu dáng cầu và kết cấu cầu ở Việt Nam

1.6 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Trong phạm vi đề tài sẽ tập trung nghiên cứu thiết kế dầm super “T” nhịp 38.2m ứng với cấp bê tông 65MPa thay vì 50MPa như hiện nay, điều đó cho phép thiết kế dầm với chiều cao nhỏ hơn, giảm được trọng lượng bản thân, giảm chiều cao kiến trúc, kết cấu thanh mãnh, đạt được tính mỹ quan hơn Bên cạnh đó, dầm trở nên bền vững với môi trường như chống thấm Clo, hạn chế nứt nhờ thành phần vật liệu của bê tông

1.7 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu ứng dụng sản phẩm công nghiệp của phụ gia Silica Fume là Sikacrete PP1 kết hợp với phụ gia siêu dẻo để đạt các tính năng cần thiết đã đề ra cho bê tông,

và khả năng áp dụng cho dầm super “T” Từ đó thiết kế dầm super “T” thanh mãnh hơn với nội dung như sau:

Phần mở đầu

Chương I: Tổng quan

Chương II: Nghiên cứu kỹ thuật bê tông chất lượng cao sử dụng để sản xuất dầm super “T”

Chương III: Tính toán thiết kế dầm super “T” chế tạo từ bê tông chất lượng cao Chương IV: Ứng dụng dầm super “T” chế tạo từ bê tông chất lượng cao để tính toán thiết kế một nhịp cầu

Chương V: Tổ chức sản xuất và thi công dầm super “T” bằng bê tông chất lượng cao

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO

SỬ DỤNG ĐỂ SẢN XUẤT DẦM SUPER “T”

2.1 Mục tiêu

Mục tiêu chính chương này là thiết kế thành phần cấp phối và tìm hiểu nguyên lý của bê tông chất lượng cao cho dầm super “T” theo điều kiện vật liệu ở miền Nam Việt Nam với các tiêu chí sau:

- Tăng cường khả năng chống ăn mòn của dầm khi sử dụng ở điều kiện có hàm lượng ion Clo trong không khí cao (vùng nước mặn)

- Bê tông có chất lượng cao

- Đạt được bê tông cấp 65 Mpa

2.2 Sơ lược các tính chất của bê tông chất lượng cao

Bê tông chất lượng cao có nhiều tính chất vược trội hơn bê tông thường, những vật liệu thông thường hay đặc biệt sử dụng để thiết kế những tính năng đặc biệt cảu bê tông phải được so sánh lựa chọn cẩn thận theo yêu cầu tính năng của bê tông Hỗn hợp bê tông đặc biệt, cách đổ bê tông và phương pháp, thời gian bảo dưỡng tạo ra được bê tông có tính năng cao Các tính năng yêu cầu như:

- Cường độ cao

- Cường độ cao ninh kết nhanh

- Mô đun đàn hồi cao

- Độ kháng mài mòn cao

- Tính bền cao theo tuổi thọ công trình trong môi trường

- Độ thẩm thấu và khuyết táng thấp

- Sức kháng các chất hóa học cao

- Sức kháng băng giá cao

- Tính dẻo dai và chịu va đập

- Tính ổn định thể tích

- Tính linh động dễ đổ

Với bê tông chất lượng cao, ngoài những tính năng đặc biệt được quan tâm thì chất lượng vật liệu đầu vào, phương pháp thi công như vận chuyển, trộn, bão dưỡng cũng phải được xem xét đến và thực hiện với tiêu chuẩn cao nhất Điển hình như tỉ lệ N/X phải thấp (từ 0.2 đến 0.45)

Bê tông chất lượng cao thường có cường độ cao hơn bê tông thường, tuy nhiên cường độ không phải là yếu tố hàng đầu ví dụ như với bê tông thường cấp 30MPa nhưng có thể yêu cầu độ thẩm thấu Clo thấp, bê tông không bị ăn mòn

để làm trụ cầu vùng nước mặn, hay yêu cầu bê tông phải có độ đàn hồi cao, có khả năng chịu mài mòn, co ngót, từ biến và dãn nở vì nhiệt thấp để làm bản mặt cầu hoặc đường ô tô

Những loại vật liệu có thể chọn để tạo ra đặc tính đặc biệt của bê tông được thống kê trong bảng sau

Bảng 2.1 – Vật liệu sử dụng cho bê tông chất lượng cao

Loại vật liệu Tính chất vật liệu

Xi măng Portland liên kết / bền

Xi măng hỗn hợp liên kết / bền / cường độ cao

Muội Silic liên kết / bền / cường độ cao

Phiến sét nung liên kết / bền / cường độ cao