NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN DO NHIỆT HYDRAT – ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH TÂN MỸ TỈNH NINH THUẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG

LỜI CẢM ƠN Sau quá trình nỗ lực học tập và nghiên cứu của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo Trường ĐH Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng và các bạn bè đồng nghiệp, luậ

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN

DƯƠNG MINH QUANG

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN DO NHIỆT HYDRAT – ÁP DỤNG CHO CÔNG

TRÌNH TÂN MỸ TỈNH NINH THUẬN

LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG

Đà Nẵng – Năm 2018

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

DƯƠNG MINH QUANG

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN DO NHIỆT HYDRAT - ÁP DỤNG CHO CÔNG

TRÌNH TÂN MỸ, TỈNH NINH THUẬN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

MÃ SỐ: 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN HƯỚNG

Đà Nẵng – Năm 2018

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Sau quá trình nỗ lực học tập và nghiên cứu của bản thân cùng với sự giúp

đỡ tận tình của các thầy, cô giáo Trường ĐH Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng và

các bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sĩ ứng dụng “Nghiên cứu sự phân bố

nhiệt độ trong bê tông khối lớn do nhiệt hydrat - Áp dụng cho công trình

Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận” đã được hoàn thành

Để có được thành quả này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn TS Nguyễn

Văn Hướng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo trong quá trình thực hiện luận văn

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các Thầy, cô giáo của khoa Xây dựng Thủy lợi và Thủy điện, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng, gia đình, bạn bè đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này

Mặc dù đã hết sức cố gắng, nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế của bản thân, nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Bình Định, ngày 31 tháng 05 năm 2018

Học viên thực hiện

Dương Minh Quang

Trang 4

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do- Hạnh phúc

Bình Định, ngày 31 tháng 05 năm 2018

BẢN CAM ĐOAN

Tên học viên: DƯƠNG MINH QUANG

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được riêng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Dương Minh Quang

Trang 5

TÓM TẮT

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN DO NHIỆT HYDRAT – ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH TÂN MỸ TỈNH NINH THUẬN

Học viên: DƯƠNG MINH QUANG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 60.58.40 Khóa: K33 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt - Bê tông khối lớn đã và đang được phát triển, ứng dụng rộng rãi trong ngành xây

dựng nói chung và ngành công trình thủy nói riêng Tuy nhiên, Đối với bê tông khối lớn luôn tiềm ẩn nguy cơ công trình bị nứt do nhiệt thủy hóa xi măng (nhiệt hydrat) Ngoài ra, việc tổ chức và công nghệ thi công cũng như qui trình bảo dưỡng cũng ảnh hưởng quan trọng đến sự phân bố nhiệt trong bê tông khối lớn

Công trình Tân Mỹ, tỉnh Ninh Thuận đang triển khai xây dựng, đây là công trình lớn, yêu cầu cường độ thi công cao và đặc biệt điều kiện khí hậu tại nơi xây dựng công trình rất khắc nghiệt (nền nhiệt độ môi trường cao, độ ẩm thấp…) nên có thể dẫn đến hiện tượng nứt do nhiệt hydrat Vì vậy, việc nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ trong bê tông khối lớn do nhiệt hydrat áp dụng cho công trình này là hết sức cần thiết

Luận văn sẽ giới thiệu tổng quan lý thuyết về nhiệt đối với bê tông khối lớn và dùng mô hình mô phỏng sự phân bố nhiệt do nhiệt thủy hóa cho hạng mục trụ pin của công trình Tân

Mỹ, trên cơ sở kết quả mô phỏng, có thể khuyến nghị đối với công tác thiết kế và thi công góp phần đẩy nhanh tiến độ xây dựng công trình, đảm bảo chất lượng và hiệu quả kinh tế

Từ khóa - Bê tông khối lớn; Nhiệt hydrat; Ứng suất kéo; phân bố nhiệt; truyền nhiệt;

Chênh lệch nhiệt độ; Khối đổ; Trường nhiệt độ; Tro bay; Mô phỏng

RESEARCH ON HEAT DISTRIBUTION IN MASS CONCRETE DUE TO HEAT OF HYDRATION - APPLIED FOR TAN MY IRRIGATION PROJECT, NINH THUAN

PROVINCE

Abstract – Mass concrete had been and being developed, applied widely in the

construction field in general and the hydraulic works sector in particular However, the mass concrete always have risk of cracking due to heat of hydration of cement (hydration heat) In addition, the organization and the construction technology as well as the curing process also have important implication for the heat distribution in mass concrete

Tan My Irrigation Project, Ninh Thuan province is under construction, this is a big project which required high intensity of construction and especially the climate condition at the construction site is very harsh (high ambient temperature, low humidity, etc.) so it can lead to crack due to heat of hydration Therefore, research on heat distribution in mass concrete by heat of hydration applied to this project is vital

The thesis has stated a theoretical overview of heat for mass concrete and simulate the heat distribution model due to hydration heat for the pier work item of Tan My project, basing on simulation results, it can recommend for the design and the construction work to speed up the project construction progress, the quality assurance and the economic efficiency

Key words – Mass Concrete; Hydration heat; Tensile Strength; Heat distribution;

Temperature variation; Lift; Temperature range; Fly Ash; Simulation

Trang 6

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BTKL : Bê tông khối lớn

CVC : Conventional Vibrated Concrete

RCC : Roller compacted Concrete

Dmax : Đường kính cốt liệu lớn nhất

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXDVN: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

PCB : Portland Cement Blended

ASTM : American Society for Testing and Materials ACI : American Concrete Institute

Trang 7

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

BẢN CAM ĐOAN ii

TÓM TẮT iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN 5

1.1 Định nghĩa bê tông khối lớn 5

1.2 Đặc điểm của kết cấu bê tông khối lớn 6

1.3 Bê tông khối lớn trong công trình thủy 8

1.4 Yêu cầu giải pháp chống nứt cho bê tông khối lớn 9

1.4.1 Vật liệu 9

1.4.1.1 Xi măng 9

1.4.1.2 Cốt liệu 11

1.4.1.3 Nước 12

1.4.4.4 Phụ gia 12

1.4.2 Thiết kế cấp phối 13

1.4.3 Thi công 14

1.4.3.1 Định lượng và trộn bê tông 14

1.4.3.2 Vận chuyển bê tông 15

1.4.3.3 Đổ và đầm bê tông 15

1.4.4 Bảo dưỡng 16

1.5 Biện pháp chống nứt cho bê tông khối lớn 17

1.5.1 Yếu tố gây nứt bê tông khối lớn 17

1.5.2 Biện pháp chống nứt 17

Trang 8

1.6 Biện pháp hạn chế tốc độ phát nhiệt trong bê tông 18

1.6.1.Các biện pháp sau đây cho phép hạn chế tốc độ phát nhiệt thủy hóa của xi măng trong bê tông 18

1.6.2 Biện pháp hạ nhiệt độ cốt liệu 19

1.6.3 Biện pháp hạ thấp nhiệt độ nước trộn bê tông 20

1.6.4 Biện pháp đối với hỗn hợp bê tông 21

1.7 Biện pháp hạn chế chênh lệch nhiệt độ trong khối bê tông 21

1.7.1 Đưa nhiệt trong khối bê tông ra ngoài 21

1.7.2 Bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ 23

1.7.3 Chia nhỏ khối đổ để thi công 25

1.7.4 Chống xung nhiệt khi tháo dỡ cốp pha 26

1.7.5 Chống mất nhiệt nhanh ở các gờ cạnh và góc kết cấu 27

CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ TRONG BTKL 28

2.1 Sự thay đổi nhiệt độ của bê tông khối lớn theo thời gian 28

2.2 Nhiệt hydrat hóa của xi măng 32

2.3 Sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông 36

2.4 Hệ số giản nở nhiệt của bê tông 38

2.5 Phương trình cân bằng nhiệt 39

2.5.1 Xác định nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp bê tông 39

2.5.2 Quá trình truyền nhiệt trong khối bê tông 39

2.6 Giải bài toán truyền nhiệt theo phương pháp số 40

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ ÁP DỤNG MÔ HÌNH CHO CÔNG TRÌNH TÂN MỸ 44

3.1 Giới thiệu công trình thủy lợi Tân Mỹ 44

3.2.Vật liệu và cấp phối bê tông thí nghiệm 45

3.2.1 Vật liệu thí nghiệm 45

3.2.1.1 Cốt liệu mịn - Cát 45

3.2.1.2 Cốt liệu thô - Đá dăm 48

3.2.1.3 Vật liệu Xi măng 50

Trang 9

3.2.1.4 Phụ gia hóa học 51

3.2.1.5 Nước trộn bê tông 52

3.2.2 Cấp phối bê tông thí nghiệm 52

3.3 Thí nghiệm xác định nhiệt độ khối đổ 54

3.3.1 Thiết kế phương pháp đo 54

Gán các thông số nhiệt độ 56

3.3.2 Kết quả phân bố nhiệt 59

3.4.1 Phân tích và lựa chọn mô hình tính 59

3.4.1.1 Các mô hình tính toán xác định sự truyền nhiệt độ trong bê tông 59

3.4.1.2 Khả năng phân tích nhiệt và hạn chế của phần mềm 60

3.4.2 Kiểm định mô hình tính theo số liệu thực nghiệm 61

3.4.2.1 Mô hình khối vuông(1,07x1,07x1,07) m 61

3.4.2.2 Phân tích so sánh kết quả 64

3.5 Phân tích nhiệt do nhiệt hyđrát cho hạng mục công trình điển hình 71

3.5.1 Thông số của tràn xả lũ công trình Tân Mỹ 71

3.5.2 Trình tự thi công trụ pin 71

3.5.3 Phân tích nhiệt bằng phần mềm ANSYS 73

3.5.4 Kết quả phân tích 74

3.5.4.1 Phân tích nhiệt tại các khối đổ 74

3.5.4.2 Phân tích nhiệt theo ba phương án 82

3.6 Kết luận chương 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

1 Kết luận 92

2 Kiến nghị 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

PHỤ LỤC BẢN VẼ PHÂN KHỐI ĐỔ BÊ TÔNG 95

Trang 10

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các thành phần khoáng chính của các loại xi măng 11

Bảng 2.2 Thành phần khoáng đặc trưng của xi măng portland 33

Bảng 2.3 Các thành phần khoáng chính của xi măng và lượng nhiệt phát sinh trong quá trình thủy hóa 36

Bảng 3.1 Chỉ tiêu yêu cầu chất lượng của cát cho bê tông 46

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm cơ lý cát nghiền 46

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát nghiền 47

Bảng 3.4 Chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng của đá dăm cho bê tông 48

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm cơ lý đá dăm 10 x 20 mm 49

Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt đá dăm 10 x 20 mm 49

Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm cơ lý xi măng Kim Đỉnh PCB40 50

Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm cơ lý phụ gia hóa 51

Bảng 3.9 Chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng của nước dùng cho bê tông 52

Bảng 3.10 Thành phần cấp phối bê tông M30 52

Bảng 3.11 Kết quả thí nghiệm cường độ nén bê tông 53

Bảng 3.12 Vị trí đặt các đầu đo nhiệt độ tại khối đổ thí nghiệm 55

Bảng 3.13 Các thông số đầu vào cho khối đổ 62

Bảng 3.14 Bảng nhập thông số đầu vào của mô hình 62

Bảng 3.15 Quy định thời gian đổ kề, chồng bê tông trụ pin 72

Bảng 3.16 Gía trị nhiệt độ Tmax tại tâm và biên khối 1 của 3 phương án 84

Trang 11

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Công trình đập bê tông trọng lực Tân Giang, tỉnh Ninh Thuận 2

Hình 1.2 Sơ họa các loại vết nứt của bê tông khối lớn 7

Hình 1.3 Biểu đồ phát triển nhiệt của xi măng portland (Mindess 2003) 10

Hình 1.4 Kiểm tra nhiệt độ vữa bê tông 18

Hình 1.5 Nhà che chứa cốt liệu cho bê tông 19

Hình 1.6 Sơ đồ đặt dàn ống thoát nhiệt cho khối lớn bê tông 22

Hình 1.7 Sơ đồ lắp ống thoát nhiệt trong khối đổ bê tông khối lớn 22

Hình 1.8 Sơ đồ bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ 25

Hình 1.9 Sơ đồ mặt bằng chia khối đổ thành các phần nhỏ 26

Hình 2.1 Sơ đồ phân tích nhiệt trong giai đoạn thi công của đập BT trọng lực 28 Hình 2.2 Quá trình thay đổi nhiệt trong bê tông khối lớn 29

Hình 2.3 Thay đổi nhiệt độ tại tâm khối đổ và bề mặt theo thời gian 32

Hình 2.4 Quá trình phát triển nhiệt hydrat hóa của xi măng pooclang 35

Hình 2.5 Quá trình phát triển nhiệt độ của BTKL 37

Hình 3.1 Cát nghiền từ đá Tân Mỹ 45

Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt của cát nghiền Tân Mỹ 47

Hình 3.3 Đá dăm 10 x20 mm công trình Tân Mỹ 48

Hình 3.4 Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm 10 x 20 mm Tân Mỹ 50

Hình 3.5 Nhà máy xi măng Kim Đỉnh tại tỉnh Ninh Thuận 51

Hình 3.6 Kiểm tra độ sụt bê tông theo TCVN 3106:1993 53

Hình 3.7 Đúc mẫu bê tông theo TCVN 3105:1993 54

Hình 3.8 Thí nghiệm nén mẫu bê tông theo TCVN 3118:1993 54

Hình 3.9 Sơ họa bố trí các điểm đo và máy đo nhiệt độ tại khối đổ 55

Hình 3.10 Kích thước, kết cấu của khối đo nhiệt cho bê tông 56

Hình 3.11 Khối đo nhiệt cho bê tông sau khi lắp dựng 56

Trang 12

Hình 3.12 Khối bê tông sau khi đổ Block thí nghiệm nhiệt độ 57

Hình 3.13 Gắn dây đo nhiệt vào khối bê tông thí nghiệm 57

Hình 3.14 Bắt đầu đo nhiệt độ khối bê tông thí nghiệm 58

Hình 3.15 Bề mặt khối đổ bê tông thí nghiệm sau khi theo dõi nhiệt độ 58

Hình 3.16 Quá trình phân tích nhiệt bằng phần mềm ANSYS 61

Hình 3.17 Khối vuông bê tông thí nghiệm theo mô hình 3D 63

Hình 3.18 Khối vuông bê tông sau khi được chia lưới thành 1.728 phần tử 63

Hình 3.19 Nhập số liệu nhiệt độ ban đầu của bê tông 64

Hình 3.20 Nhập hệ số dẫn nhiệt đối lưu và nhiệt độ môi trường 64

Hình 3.21 Nhập hàm lượng nhiệt sinh ra do quá trình thủy hóa xi măng 64

Hình 3.22 Kết quả nhiêt độ khối đổ sau 264 giờ 65

Hình 3.23 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tại tâm và biên 66

Hình 3.24 Mặt cắt tại giữa khối đổ lúc 40 giờ 67

Hình 3.25 Biểu đồ so sánh nhiệt độ tâm khối đổ giữa mô hình và thực nghiệm67 Hình 3.26 Biểu đồ so sánh điểm cách biên 35cm giữa mô hình và thực nghiệm68 Hình 3.27 Biểu đồ so sánh nhiệt độ biên khối đổ giữa mô hình và thực nghiệm69 Hình 3.28 So sánh trường nhiệt độ tại mặt cắt ngang qua giữa khối đổ 70

Hình 3.29 Mặt cắt trụ pin trà xả lũ Tân Mỹ 72

Hình 3.30 Phân chia khoảnh đổ và thứ tự block đổ 73

Hình 3.31 Mô phỏng mô hình 3D trụ pin 73

Hình 3.32 Mô phỏng chia lưới cho trụ pin (3D) 74

Hình 3.33 Kết quả nhiệt độ trụ pin tràn ngày 65 75

Hình 3.34 Mặt cắt dọc trụ pin tràn ngày 65 75

Hình 3.35 Mặt cắt ngang trụ pin 1,6 ngày (khối 1) 76

Hình 3.36 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tại tâm và biên khối 1 76

Hình 3.37 Mặt cắt dọc trụ pin ngày 9,6 77

Hình 3.38 Mặt cắt dọc trụ pin ngày 6,6 78

Hình 3.39 Mặt cắt ngang trụ pin ngày 6,6 78

Trang 13

Hình 3.45 Biểu đồ phát triển nhiệt độ khối 1 phương án 1 82

Trang 14

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, nhằm đáp ứng kịp thời theo sự phát triển chung của kinh tế - xã hội nước ta, công tác xây dựng hạ tầng như: thủy lợi, thủy điện, dân dụng, công nghiệp, giao thông, …đã phát triển rõ rệt cả về quy mô lẫn công nghệ, đặc biệt là các công trình sử dụng công nghệ bê tông khối lớn Các dạng bê tông khối lớn thường gặp như: Thân đập dâng, trụ pin, trụ biên các công trình thủy lợi, thủy điện; Móng nhà cao tầng, nhà công nghiệp; Trụ, mố cầu, tường chắn, bể chứa ngầm …

Đặc biệt các công trình thủy lợi, thủy điện tại miền Trung, Tây Nguyên có

sử dụng công nghệ bê tông khối lớn như:

- Đã và đang xây dựng: Ngàn Trươi (Hà Tĩnh), Tả Trạch, Bình Điền (Thừa Thiên Huế), A Vương, Sông Tranh 2, Sông Bung 4, Sông Bung 4A, Sông Bung 5 (Quảng Nam), Nước Trong (Quảng Ngãi), Định Bình, Văn Phong (Bình Định), Sông Ba Hạ (Phú Yên), Tân Giang (Ninh Thuận), Lòng Sông, Tà Pao (Bình Thuận), Đồng Nai 3, Đồng Nai 4 (Đăk Nông), Pleikrong, Thượng Kon Tum (Kon Tum), Sê San 3, Sê San 4, Sê San 4A (Gia Lai)…

- Chuẩn bị xây dựng: Bản Mồng (Nghệ An), Đồng Mít (Bình Định), Sông

Chò 1, (Khánh Hòa), Tân Mỹ (Ninh Thuận), Sông Lũy (Bình Thuận), Ea H’leo

(Đăk Lăk)…

Với sự phát triển như trên, để đảm bảo các công trình xây dựng đảm bảo chất lượng và mỹ thuật, đã đặc ra cho các nhà hoa học những yêu cầu rất cần thiết phải nghiên cứu những vấn đề về kinh tế, kỹ thuật liên quan đến bê tông

khối lớn cho mỗi công trình, phù hợp với điều kiện vật liệu, địa chất, khí

hậu…tại nơi xây dựng

Đối với bê tông khối, lớn do có tỷ số diện tích bề mặt (tiếp xúc với không khí) và thể tích khối bê tông nhỏ, do vậy nó tiềm ẩn nguy cơ công trình bị nứt do nhiệt thủy hóa Nhiệt do quá trình thủy hóa xi măng gây ra biến dạng phát sinh trong bê tông có thể dẫn đến sự nứt và giảm độ bền công trình bê tông Ngoài ra,

Trang 15

việc tổ chức và công nghệ thi công cũng như qui trình bảo dưỡng cũng ảnh hưởng quan trọng đến sự phân bố nhiệt trong bê tông khối lớn

Hình 1.1 Công trình đập bê tông trọng lực Tân Giang, tỉnh Ninh Thuận

Đối với các phần tử kết cấu mỏng thì nhiệt lượng khi phát sinh ra sẽ nhanh chóng bị tiêu tan nên không gây ra vấn đề gì ảnh hưởng đến kết cấu Nhưng với các kết cấu bê tông khối lớn thì nhiệt độ bên trong có thể tăng cao và đạt một mức đáng kể ảnh hưởng đến chất lượng của kết cấu Mặt khác, do tính dẫn nhiệt kém của bê tông có thể xảy ra sự chênh lệch nhiệt độ cao giữa phần tử bên trong

và bên ngoài bề mặt của kết cấu Độ ẩm trong bê tông cũng bị thay đổi do nhiệt

độ môi trường, sự mất nước do bốc hơi bề mặt của bê tông dẫn đến sự có ngót bên trong Sự thay đổi thể tích không đều do nhiệt sẽ tạo ra ứng suất kéo trong khối bê tông, khi ứng suất này vượt quá giới hạn kéo thì bê tông sẽ nứt

Công trình Tân Mỹ, tỉnh Ninh Thuận đang triển khai xây dựng, hầu hết các kết cấu của các hạng mục công trình đầu mối (đập chính và 4 đập phụ) đều

là bê tông khối lớn dự kiến sẽ tiến hành thi công từ năm 2018 Đây là công trình lớn, yêu cầu tiến độ thi công nhanh, cường độ thi công cao và đặc biệt điều kiện

Trang 16

khí hậu tại nơi xây dựng công trình rất khắc nghiệt (nền nhiệt độ môi trường cao, độ ẩm thấp…)

Như vậy, sự phân bố nhiệt độ trong bê tông khối lớn là yếu tố quyết định sinh ra ứng suất nhiệt, thêm vào đó, với những bất lợi về điều kiện tự nhiên tại khu vực xây dựng công trình Tân Mỹ, tỉnh Ninh Thuận, có thể dẫn đến hiện

tượng nứt công trình bê tông, do vậy đề tài “Nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ

trong bê tông khối lớn do nhiệt hydrat - Áp dụng cho công trình Tân Mỹ, tỉnh Ninh Thuận” là hết sức cần thiết và cấp bách

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm 3 phần:

- Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về nhiệt trong bê tông khối lớn

- Nghiên cứu bằng thực nghiệm sự phân bố nhiệt trong khối bê tông trong điều kiện đoạn nhiệt tại công trình Tân Mỹ

- Dùng mô hình mô phỏng sự phân bố nhiệt do nhiệt thủy hóa trong bê tông khối lớn cho một hạng mục của công trình Tân Mỹ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Bê tông khối lớn

Phạm vi nghiên cứu: Phân bố nhiệt do nhiệt hyđrát trong bê tông khối lớn của hạng mục trụ pin tràn xả lũ thuộc đập chính Sông Cái - Công trình Tân Mỹ

4 Phương pháp nghiên cứu

- Tiếp cận gián tiếp thông qua các tài liệu tham khảo, các quy chuẩn quy phạm, các kết quả nghiên cứu công trình đã có, từ đó có sự phân tích và đánh giá

- Nghiên cứu thí nghiệm kết hợp với mô hình: Từ các thông số của các kết

quả thí nghiệm thực tiễn tại công trình, đề tài sẽ sử dụng phần mềm ANSYS

V15.0 để xây dựng mô hình tính toán

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Trang 17

Kết quả của đề tài là cơ sở có tính khoa học để các đơn vị thiết kế và thi công tham khảo trong thiết kế cấp phối, tổ chức thi công cho công trình các hạng mục bê tông khối lớn trụ pin tràn xả lũ của cụm công trình đầu mối công trình Tân Mỹ, các hạng mục công việc này sẽ được bắt đầu triển khai thi công từ năm

2018

6 Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc luận văn gồm phần mở đầu, ba chương và phần kết luận kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN

CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ ÁP DỤNG MÔ HÌNH CHO CÔNG TRÌNH TÂN MỸ

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trang 18

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN

1.1 Định nghĩa bê tông khối lớn

- Theo TCXDVN 305 :2004 Bê tông khối lớn – Quy phạm thi công và ngiệm thu thì Kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép được coi là khối lớn khi có kích thước đủ để gây ra ứng suất kéo, phát sinh do hiệu ứng nhiệt thuỷ hoá của xi măng, vượt quá giới hạn kéo của bê tông, làm nứt bê tông, và do đó cần phải có biện pháp để phòng ngừa vết nứt [1]

- Theo tiêu chuẩn Mỹ (ACI 116-90), bê tông khối lớn được định nghĩa là một thể tích bê tông có kích thước đủ lớn, yêu cầu phải có biện pháp đối với sự phát triển nhiệt do thủy hóa của xi măng và sự biến đổi thể tích kèm theo để giảm nứt

+ Khi a và h đến 1m: Không cần cấu tạo cốt thép chống nứt bê tông

+ Khi a và h đến 2m: Nên có cấu tạo cốt thép chống nứt bê tông

+ Khi a và h trên 2m: Cần có thiết kế cốt thép chống nứt và biện pháp phòng ngừa vết nứt trong thi cộng

- Trong các cấu kiện bê tông khối lớn, nhiệt thủy hóa của xi măng tại tâm khối

đổ sẽ tăng nhanh Trong quá trình đóng rắn, nhiệt độ này có thể lên đến 85 -

1000C đối với các khối đổ có chiều dày lớn nếu sử dụng xi măng thông thường Khi bê tông đã đóng rắn thì nhiệt độ trong lòng khối đổ giảm dần, sự chênh lệch nhiệt độ trong lòng khối bê tông tạo ra ứng suất trong cấu kiện, gây ra các vết nứt nhiệt

Trang 19

- Nhiệt độ tăng cao tại tâm khối đổ gây ra ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu bê tông khối lớn:

+ Nhiệt độ trên 70 0C sẽ có khả năng xảy ra hiện tượng trì hoãn sự hình thành khoáng Ettringite (DEF- Delayed Ettingite Formation) trong khối bê tông, dẫn đến các vết nứt trong cấu kiện bê tông trong thời gian dài

+ Nhiệt độ của khối bê tông cao (đặc biệt là cao hơn 70 0C) sẽ làm giảm cường

độ của bê tông ở 28 ngày

- Có 2 loại bê tông thường dùng được làm bê tông khối lớn:

+ Bê tông truyền thống (CVC) là bê tông thường được đầm chặt bằng phương pháp đầm rung chấn động

+ Bê tông đầm lăn (RCC) là bê tông sử dụng các nguyên liệu tương tự bê tông truyền thống nhưng rất khô và được đầm chặt bằng thiết bị rung lèn chặt từ mặt ngoài (Bằng máy đầm rung) Việc đầm bằng đầm rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô hàm lượng kết dính nhỏ hơn bê tông thường rất nhiều Trong chất kết dính có 1 phần là xi măng, còn lại là phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn (tro bay, puzơlan tự nhiên, )

- Bê tông đầm lăn đang được áp dụng nhiều trong xây dựng đập ở Việt Nam, tuy nhiên bê tông khối lớn thường đã được áp dụng trong công trình và kết cấu công trình không thích hợp cho bê tông đầm lăn

- Trong phần này chỉ đề cập đến bê tông khối lớn thông thường (CVC)

1.2 Đặc điểm của kết cấu bê tông khối lớn

- Bê tông là một loại vật liệu giòn, độ bền kéo chỉ khoảng 8% độ bền nén của

nó và khả năng biến dạng kéo kém

- Việc khống chế nhiệt trong quá trình thi công bê tông khối lớn là một vấn đề đang rất đáng được quan tâm khi thi công các công trình xây dựng

- Do kích thước của một kết cấu bê tông khối lớn là tương đối lớn nên sau khi

đổ bê tông, nhiệt độ bên trong khối đổ tăng đáng kể do nhiệt độ hydrat hóa Vì

mô đun đàn hồi của bêtông là tương đối nhỏ, áp lực nén gây ra bởi sự gia tăng

Trang 20

nhiệt độ không lớn Tuy nhiên khi nhiệt độ giảm dần theo thời gian sau đó, mô đun đàn hồi lớn nên nó sẽ gây ra ứng suất kéo lớn [2]

- Bê tông khối lớn thường xuyên tiếp xúc với không khí hoặc nước Sự thay đổi của không khí và nhiệt độ nước sẽ gây ra ứng suất kéo rất lớn trong kết cấu của bê tông khối lớn

- Trong một kết cấu bê tông cốt thép, các ứng suất kéo được chịu bởi cốt thép

và bê tông chịu ứng suất nén Đối với bê tông khối lớn, nếu tất cả các ứng suất kéo trong kết cấu bê tông khối lớn được thực hiện bởi việc gia cố hoàn toàn bằng cốt thép thì khối lượng và chi phí gia cố thép sẽ rất lớn Do đó thường không có cốt thép trong BTKL và các ứng suất kéo được chịu do chính bản thân của khối bê tông

Do các tính năng trên trong thiết kế của một cấu trúc bê tông khối lớn, nó được yêu cầu không có hoặc ít ứng suất kéo Đối với tải bên ngoài như trọng lượng bản thân hay áp lực nước thì yêu cầu này không phải là khó khăn để đạt được Nhưng trong quá trình xây dựng và vận hành, sự thay đổi nhiệt độ sẽ tạo ra ứng suất kéo lớn trong bê tông khối và không dễ kiểm soát được ứng suất kéo theo một giá trị cho phép nên các vết nứt thường xuất hiện trong BTKL

a Vết nứt xuyên b Vết nứt sâu c Vết nứt bề mặt

Hình 1.2 Sơ họa các loại vết nứt của bê tông khối lớn

- Các vết nứt trong bê tông khối lớn có thể được phân thành ba loại: Vết nứt xuyên, vết nứt sâu và vết nứt bề mặt Như (Hình 1.2) Thông qua các vết nứt cắt,

Trang 21

phần kết cấu có thể phá hủy tính ổn định và nguyên trạng, dẫn đến hiện tượng rò

rỉ nước có thể xảy ra nếu các vết nứt phát triển ở mặt thượng lưu

- Trong cấu trúc bê tông khối lớn, sự thay đổi nhiệt độ có thể không chỉ dẫn đến những vết nứt mà còn có tác động quan trọng đến trạng thái ứng suất của kết cấu Đôi khi, ứng suất nhiệt có thể vượt quá tổng các ứng suất do các tải trọng bên ngoài gây ra như: Áp lực do nước, bản thân và các tải trọng khác từ bên ngoài Ứng suất nhiệt liên quan chặt chẽ đến loại cấu trúc, điều kiện thời tiết, quá trình xây dựng, tính chất của vật liệu và điều kiện vận hành Sự biến thiên của ứng suất nhiệt rất phức tạp

- Bê tông sau khi đổ vào khối đổ, nhiệt độ trong khối đổ sẽ không ngừng tăng lên do xi măng thủy hóa Sau đó do tỏa nhiệt, nhiệt độ trong khối đổ giảm dần đến nhiệt độ ổn định Do đặc điểm thi công nhanh làm cho bê tông vùng tâm kết cấu làm việc ở chế độ gần như đoạn nhiệt, không đủ thời gian cho bê tông phát tán nhiệt cần thiết trước khi thi công lớp tiếp theo Bê tông khối lớn thường được thi công trên một diện tích rộng hoặc với một khối lượng thể tích khá lớn nên khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời nhiều hơn, góp phần làm công trình nóng lên Khi có sự thay đổi nhiệt độ sẽ làm bê tông co dãn, biến dạng và do sự kiềm chế biến dạng như trên sẽ sinh ra ứng suất kéo trong khối bê tông Khi ứng suất kéo vượt quá cường độ kháng kéo sẽ làm nứt bê tông Do đó, trong quá trình thi công bê tông khối lớn, cần phải nghiên cứu tính toán đầy đủ bài toán nhiệt và đề

ra yêu cầu kỹ thuật về khống chế nhiệt, đồng thời cần phải nghiên cứu các biện pháp khống chế nhiệt trong quá trình thi công phù hợp để đảm bảo an toàn ổn định cho công trình

Tóm lại, phân tích ứng suất nhiệt, kiểm soát nhiệt độ và các biện pháp ngăn ngừa nứt là những chủ đề quan trọng trong việc thiết kế và thi công các kết cấu bê tông khối lớn

1.3 Bê tông khối lớn trong công trình thủy

- Công trình thuỷ có đặc điểm là vốn đầu tư lớn, phạm vi công trình trải dài trên địa bàn rộng, loại hình kết cấu đa dạng, phức tạp, thời gian thực hiện để

Trang 22

hoàn thành sản phẩm dài; chôn sâu dưới đất, ngập trong nước, chịu sự ràng buộc

và ảnh hưởng của các điều kiện tự nhiên như mưa, gió, bão lũ, địa hình, địa chất,

sự kiến tạo của vỏ trái đất; tác động của lưu vực dòng chảy, nước ngầm; môi trường nước chua, mặn, Sản phẩm cụ thể của công trình thủy lợi rất đa dạng, trong đó Bê tông khối lớn được áp dụng rất nhiều trong việc xây dựng các hạng mục công trình như: Đập bê tông trọng lực, đập tràn, cống,

1.4 Yêu cầu giải pháp chống nứt cho bê tông khối lớn

- Đối với các kết cấu bê tông có một trong hai yếu tố vượt quá giới hạn trên thì cần phải có giải pháp phòng ngừa nứt cho bê tông ngay từ khâu thiết kế và trong quá trình thi công Hiện tượng nứt do nhiệt gây ra trong bê tông khối lớn có thể khống chế được khi áp dụng các giải pháp hữu hiệu để giảm lượng nhiệt phát sinh cũng như mức độ thay đổi của nhiệt độ Các giải pháp thường được sử dụng bao gồm: Làm lạnh trước, làm lạnh sau khi thi công hoặc kết hợp cả hai giải pháp Mức độ kiểm soát nhiệt độ để chống nứt thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu

tố như: Vị trí địa lý, chiều cao và độ dày của kết cấu, đặc trưng của cốt liệu, tính chất của bê tông,

1.4.1 Vật liệu

1.4.1.1 Xi măng

- Theo tiêu chuẩn ASTM C150 xi măng được phân thành năm loại sau:

+ Xi măng loại I là xi măng mục đích chung phù hợp với mọi công dụng không đòi hỏi đặc tính đặc biệt như các loại khác Nói chung, nó là tiết kiệm hơn

so với xi măng loại II

+ Loại xi măng loại II được sử dụng ở những nơi đòi hỏi lượng nhiệt tương đối thấp hoặc khi có yêu cầu độ bền sulfate vừa phải Hàm lượng C3A tăng nhiệt sớm trong xi măng này thấp hơn so với các loại xi măng khác

+ Xi măng loại III dùng khi có yêu cầu phát triển cường độ nhanh ngay từ khi sau khi tiếp xúc với nước do diện tích bề mặt cao hơn và tăng hàm lượng C3S

Nó được sử dụng khi yêu cầu cường độ sớm và cao

Trang 23

+ Xi măng Loại IV sử dụng khi yêu cầu lượng nhiệt phát sinh từ sự hydrat hóa thấp như trong cấu trúc bê tông khối lớn Nó tạo ra ít nhiệt hơn, với tốc độ chậm hơn các loại khác bởi vì hàm lượng C2S của nó cao hơn và hàm lượng C3S thấp hơn Ngoài ra, xi măng này có khả năng chống lại phản ứng sulfate cao hơn so với loại I và loại II, phát triển cường độ chậm hơn nhưng cường độ dài ngày thì ngang bằng các lại xi măng khác Loại xi măng này ít khi được sử dụng

+ Xi măng Loại V được sử dụng khi yêu cầu độ bền sunlfat cao như ở nơi có yêu cầu kháng sun phát cao như trên nền móng và các công trình biển Các khoáng C3A của xi măng được giới hạn dưới 5 %

- Sự phát triển nhiệt thủy hóa của năm loại xi măng (Hình 1.3) và có các tính chất cơ, hóa lý của các loại xi măng xi măng thể hiện trong bảng 1.1

Hình 1.3 Biểu đồ phát triển nhiệt của xi măng portland (Mindess 2003)

Trang 24

Bảng 1.1 Các thành phần khoáng chính của các loại xi măng

Loại xi măng/ Cement Type

- Xi măng dùng cho bê tông khối lớn nên chọn các loại sau đây:

+ Xi măng poóc lăng thông thường, có lượng nhiệt thủy hóa sau 7 ngày không quá 70 cal/g

+ Xi măng ít tỏa nhiệt, có lượng nhiệt thủy hóa sau 7 ngày không quá 60 Cal/g

+ Xi măng ít tỏa nhiệt thường phải dùng cho các công trình có yêu cầu đặc biệt về an toàn và chống thấm

+ Xi măng Pooclăng - puzzơlan (có hàm lượng puzzơlan từ 15% đến 40% khối lượng), hoặc xi măng poolăng - xỉ (có hàm lượng xỉ lò cao 20%  70% khối lượng) Các xi măng này nên sử dụng cho các công trình xây dựng ở vùng ven biển có tiếp xúc với nước chua phèn

1.4.1.2 Cốt liệu

- Cốt liệu dùng cho bê tông khối lớn nên chọn các loại sau đây:

+ Cát: Cát dùng cho bê tông khối lớn là cát sông hoặc cát nghiền từ đá, có mô

đun độ lớn không dưới 2,2 Ngoài ra cát cần có các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng thỏa mãn các yêu cầu trong TCVN 7570 : 2006 hoặc trong các tiêu chuẩn

Trang 25

hiện hành khác về chất lượng cát cho bê tông;

+ Đá dăm, sỏi: Đá dăm hoặc sỏi, dùng cho bê tông khối lớn có Dmax không dưới 10 mm và không quá 150 mm Kích thước Dmax của đá dăm, sỏi phải đảm bảo không vượt quá 1/3 khoảng cách nhỏ nhất giữa các cốt thép và không lớn hơn khoảng cách từ cốt thép biên tới thành cốp pha Khi hỗn hợp bê tông được vận chuyển trong ống bơm thì Dmax cuả cốt liệu lớn phải không vượt quá 1/3 đường kính ống bơm;

- Ngoài các yêu cầu trên, đã dăm, sỏi dùng cho kết cấu bê tông khối lớn phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật ghi trong TCVN 7570 : 2006 hoặc trong các quy phạm hiện hành khác về chất lượng cốt liệu lớn dùng cho bê tông và vữa xây dựng

1.4.1.3 Nước

- Nước được dùng để trộn, rửa và bảo dưỡng cho bê tông và dùng để xử lý các cốt liệu sẽ phải sạch và không có dầu, axít, các chất hữu cơ và lạnh đến mức thực tế có thể đạt được Độ vẩn đục của nước không được vượt quá 0,2% Nếu nước được lấy từ các nguồn nước tự nhiên ở địa phương vào một thời điểm nào

đó có thể sẽ không được sạch so với các giới hạn nêu ở trên cần phải tiến hành

xử lý để đảm bảo nước sạch trước khi sử dụng

- Nước dùng để trộn bê tông, bảo dưỡng bê tông và làm lạnh khối bê tông cần thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật quy định trong TCVN 4506 : 2012, hoặc các tiêu chuẩn hiện hành khác về chất lượng nước cho bê tông và vữa

Trang 26

bê tông:

+ Tăng độ công tác hoặc giảm lượng nước trộn;

+ Kéo dài thời gian ninh kết bê tông;

+ Điều chỉnh được khả năng tách nước;

+ Giảm độ phân tầng;

+ Giảm mức tổn thất độ sụt theo thời gian

- Phụ gia cho bê tông khối lớn cần đạt hiệu quả sau đây đối với bê tông ở trạng thái đóng rắn :

+ Giảm tốc độ phát nhiệt thủy hóa của xi măng khi đóng rắn;

+ Giảm hàm lượng xi măng trong bê tông;

+ Tăng cường độ bê tông;

+ Tăng độ chống thấm nước của bê tông;

+ Tăng độ chống mài mòn của bê tông

1.4.2 Thiết kế cấp phối

- Thành phần bê tông khối lớn được thiết kế như đối với bê tông nặng thông thường Ngoài ra, cần đảm bảo những yêu cầu sau đây trong quá trình thiết kế thành phần bê tông khối lớn:

+ Thành phần bê tông phải đảm bảo nhận được bê tông có cường độ và độ chống thấm đạt yêu cầu thiết kế Bê tông phải sử dụng được các vật liệu sẵn có tại địa phương, đạt được yêu cầu về độ công tác để dễ thi công, và có hàm lượng

xi măng ít nhất Khuyến khích chọn kích thước cốt liệu lớn đến mức lớn nhất có thể, để giảm lượng xi măng sử dụng Kích thước cốt liệu lớn cần được chọn cho từng bộ phận kết cấu để đảm bảo sử dụng thích hợp và kinh tế

+ Để giảm lượng dùng xi măng trong bê tông, đối với các công trình có nhu cầu chịu tải muộn hơn 28 ngày tuổi, có thể thiết kế mác bê tông ở tuổi 60, 90 ngày đến 1 năm (thí dụ đối với đập thủy lợi, thủy điện, ).Với trang thiết bị thi công hiện có, cần thiết kế thành phần bê tông với độ sụt thấp nhất đến mức có thể

+ Đối với những công trình có điều kiện thì nên sử dụng kỹ thuật đầm lăn để

Trang 27

thi công bê tông Khi đó việc thiết kế thành phần bê tông đầm lăn sẽ cho phép giảm đáng kể lượng dùng xi măng

- Trong thiết kế cấp phối bê tông khối lớn, nên sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính: Tro bay, xỉ lò cao, bột đá vôi,… nhằm mục đính giảm lượng dùng xi măng, giảm nhiệt cho bê tông Các thành phần của hỗn hợp bê tông bao gồm cả các chất phụ gia khoáng khác sẽ phải được chọn lựa để hỗn hợp bê tông có khả năng công tác thích hợp, chống thấm, độ bền, đạt được cường độ theo quy định và giảm tối thiểu độ tăng nhiệt độ sinh ra do quá trình thủy hoá

- Lượng nước thực tế được sử dụng trong cấp phối bê tông là lượng nước cần thiết tối thiểu để cung cấp cho bê tông để đạt được độ sụt yêu cầu và sẽ phải được hiệu chỉnh khi có sự thay đổi hàm lượng nước trong cốt liệu Việc tăng lượng nước sau khi trộn bê tông để khắc phục sự đông cứng của bê tông trước khi đổ sẽ không được cho phép Tính đồng nhất về độ sệt của các mẻ bê tông phải được đảm bảo

1.4.3 Thi công

- Việc thi công bê tông khối lớn trong khí hậu nóng cần phải tuân thủ theo biện pháp thi công và những yêu cầu kỹ thuật quy định

- Thi công kết cấu bê tông khối lớn phải đảm bảo đạt được bê tông có cường

độ, độ đặc chắc, độ chống thấm theo yêu cầu thiết kế và không bị nứt do hiệu ứng nhiệt thủy hóa của xi măng trong bê tông sau khi thi công

- Khi thi công cần có biện pháp cụ thể để thực thi giải pháp phòng chống nứt

do thiết kế đề ra bao gồm: chuẩn bị vật tư, thiết kế thành phần bê tông, trộn, vận chuyển, đổ đầm và bảo dưỡng bê tông nhằm đảm bảo kết cấu sẽ không bị nứt do hiệu ứng nhiệt thủy hóa của xi măng trong quá trình đóng rắn của bê tông

1.4.3.1 Định lượng và trộn bê tông

- Việc định lượng vật liệu bằng cân đong và trộn bê tông được tiến hành tại các trạm trộn bằng các thiết bị chuyên dùng Độ chính xác cân đong, thời gian trộn, chu kỳ trộn được quy định theo kinh nghiệm của trạm trộn

Trang 28

1.4.3.2 Vận chuyển bê tông

- Bê tông sẽ phải được vận chuyển từ máy trộn đến khối đổ bằng các phương tiện tránh làm phân lớp và hao hụt vật liệu hoặc làm hư hại do các điều kiện ngoài tác động đến các thành phần của hỗn hợp Các thiết bị được sử dụng để vận chuyển bê tông phải có kích thước, công suất và điều kiện thi công đảm bảo được việc cung cấp đúng và đủ bê tông đến nơi đổ

- Bê tông được vận chuyển đến công trình bằng xe trộn, ống bơm, băng chuyền Khi vận chuyển bằng ống bơm hoặc băng chuyền thì cần có biện pháp che chắn để bê tông không bị nung nóng bởi bức xạ mặt trời Thời gian chờ bê tông không nên quá 3 giờ Cứ sau 15 phút phải trộn lại 1 lần và trước khi đổ phải trộn lại bê tông Nếu vận chuyển bằng bơm thì trong thời gian chờ bê tông,

cứ 0,5 giờ lại phải đẩy bê tông trong ống bơm dịch đi khoảng 20cm

- Bê tông được chuyển đến chỗ đổ bằng xe trộn đổ trực tiếp, ống bơm, băng chuyền, cần cẩu

1.4.3.3 Đổ và đầm bê tông

- Bê tông khối lớn được đổ và đầm theo phương pháp dùng cho bê tông nặng thông thường (TCVN 4453:1995) Ngoài ra cần đảm bảo những yêu cầu sau đây:

+ Chiều cao mỗi đợt đổ: Một đợt đổ liên tục có chiều cao không quá 1,5m

Thời gian chờ để đổ tiếp đợt phía trên không ít hơn 4 ngày đêm tính từ lúc đổ xong đợt đổ dưới

+ Chiều cao lớp đổ: Chiều cao mỗi lớp đổ được quy định tùy theo đặc điểm

của kết cấu và thiết bị thi công nhưng không nên vượt quá 50cm Các lớp đổ cần được đổ và đầm liên tục quay vòng cho tới khi đạt đủ chiều cao của một đợt đổ Thời gian quay một vòng lớp đổ không nên quá 1h vào mùa hè và 2h vào mùa đông, tùy theo thời tiết

- Bê tông sẽ phải được đổ càng sát với vị trí cuối cùng của kết cấu càng tốt và phải tránh hiện tượng phân tầng hoặc thay đổi các tính chất khác của bê tông

- Thi công ban đêm: Vào mùa hè, đổ bê tông ban đêm có tác dụng hạn chế tốc

Trang 29

độ phát nhiệt thuỷ hóa của xi măng

+ Đối với các kết cấu dùng bê tông đầm lăn thì quy trình thi công, chiều cao lớp đổ được người thi công xác định tùy theo đặc tính của thiết bị đầm lăn

+ Xử lý bề mặt bê tông đợt đổ trước: Bề mặt bê tông của mỗi đợt đổ cần phải được giữ gìn để tránh những tác động cơ học (như đi lại, kéo thiết bị đi qua, va đập v.v ), và tránh làm bẩn bề mặt bê tông (như rơi vãi vật liệu, rác, dầu mỡ v.v )

+ Trước khi đổ tiếp đợt sau, bề mặt đợt trước cần được làm nhám, rửa sạch, tưới nước + xi măng Xong trải một lớp vữa xi măng cát dày 1  1,5 cm có thành phần giống như vữa xi măng cát trong bê tông Đổ bê tông đến đâu, trải vữa xi măng + cát đến đấy Khi dùng chất trợ dính để xử lý bề mặt bê tông thì thực hiện theo chỉ dẫn của nhà sản xuất chất trợ dính

- Bê tông sẽ phải được đổ liên tục Lớp mới phải phủ lên lớp cũ trước khi lớp này bắt đầu ngưng kết Bê tông không được phép đổ khi trời mưa to

- Bê tông phải được đầm kỹ ngay sau khi đổ bê tông vào ván khuôn bằng các loại đầm dùi cơ học có tần số cao và biên độ rộng Đối với bê tông khối lớn, các máy đầm sẽ có phần đầu dài 100cm hoặc lớn hơn và tần số tối thiểu là 12.000 vòng/phút

- Các máy đầm được ấn thẳng đứng và xuyên vào lớp trước từ 100mm đến 200mm Trong bất kỳ trường hợp nào, bê tông không được đổ nếu lớp bê tông bên dưới đã bị ngưng kết Các máy đầm sẽ được rút ra từ từ để không tạo ra các khoảng trống nào

- Sử dụng các máy đầm để chuyển dịch vữa bê tông sẽ không được cho phép Các máy đầm không được đụng vào cốt thép, các chi tiết đặt sẵn hoặc ván khuôn

- Việc đầm bê tông sẽ tiếp tục cho đến khi không còn các bọt khí và sẽ dừng lại ngay khi xuất hiện nước và vửa xi măng ứa ra

1.4.4 Bảo dưỡng

- Ngay sau khi đổ bê tông cho các cấu kiện không có ván khuôn và ngay sau

Trang 30

khi tháo dỡ ván khuôn trong các trường hợp khác, bê tông sẽ được bảo vệ chống lại các tác động của ánh nắng trực tiếp, các luồng gió khô và sẽ phải được bảo dưỡng bằng nước trong thời gian 14 ngày kể từ khi đổ (hoặc cho đến khi phủ lớp bê tông mới lên) Bê tông được bảo dưỡng bằng nước sẽ được giữ ẩm liên tục bằng cách phủ các vật liệu bão hoà nước.

- Bảo dưỡng bằng tưới nước được thực hiện theo yêu cầu của TCVN 5592 :

1991 Việc tưới nước phải đáp ứng yêu cầu thoát nhiệt nhanh khỏi khối bê tông

Vì vậy chu kỳ tưới nước cần đảm bảo sao cho bề mặt bê tông luôn ướt Nhiệt độ nước tưới và nhiệt độ bề mặt bê tông không nên chênh nhau quá 15 0C

- Bảo dưỡng bằng bọc vật liệu cách nhiệt

- Vào mùa hè, để hạn chế việc thúc đẩy quá trình thủy hóa xi măng làm tăng nhiệt độ bê tông, khối bê tông đổ xong cần được che chắn nắng chiếu trực tiếp trong thời gian khoảng 2 tuần lễ đầu tiên

1.5 Biện pháp chống nứt cho bê tông khối lớn

1.5.1 Yếu tố gây nứt bê tông khối lớn

- Bê tông khối lớn bị nứt do hiệu ứng nhiệt thuỷ hóa xi măng khi có đủ 2 yếu

1.5.2 Biện pháp chống nứt

Để đảm bảo cho khối bê tông không bị nứt thì cần phải có biện pháp kỹ thuật

để loại trừ các yếu tố sau:

Trang 31

- Giới hạn nhiệt độ chênh lệch tối đa St < 200C hoặc giới hạn gradient nhiệt độ tối đa giữa 2 điểm trong khối đổ St < 500C (Theo TCVN 305:2004)

- Giới hạn nhiệt độ tối đa trong tâm khối đổ Tmax < 700C

- Việc sử dụng các loại vật liệu bảo ôn bên trong ván khuôn giúp giữ nhiệt tại

bề mặt khối đổ và làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ Nên giữ ván khuôn trong vài ngày đầu cho đến khi nhiệt độ St < 200C

- Tháo ván khuôn quá sớm sẽ làm cho bề mặt bê tông bị làm lạnh nhanh và bị nứt

- Phương pháp này cần được suy xét áp dụng khi bề dày khối đổ > 1,5m Đối với các cấu kiện bê tông đặc biệt, các yêu cầu này có thể được áp dụng đối với khối đổ có chiều dày > 1m, khi các vết nứt nhiệt có thể gây ra những hư hao lớn cho công trình

+ Hạn chế tốc độ phát nhiệt thủy hóa của xi măng trong bê tông

1.6 Biện pháp hạn chế tốc độ phát nhiệt trong bê tông

1.6.1.Các biện pháp sau đây cho phép hạn chế tốc độ phát nhiệt thủy hóa của

xi măng trong bê tông

Hình 1.4 Kiểm tra nhiệt độ vữa bê tông

Trang 32

- Hạn chế lượng dùng xi măng Nhiệt độ của xi măng khi trộn bê tông không được vượt quá 35 oC

- Để hạn chế lượng dùng xi măng trong bê tông, có thể thực hiện các giải pháp sau đây:

- Thiết kế thành phần bê tông có độ sụt nhỏ nhất tới mức có thể, sử dụng phụ gia để giảm nước trộn bê tông, dùng bê tông đầm lăn

- Dùng xi măng ít tỏa nhiệt

- Nhiệt độ hỗn hợp bê tông trước khi đổ nên khống chế ở mức không cao hơn

280C, tốt nhất nên ở mức không quá 200C (Hình 1.4) Để đạt được nhiệt độ này, nhất là vào mùa hè nắng nóng, cần phải có biện pháp hạ thấp nhiệt độ các vật liệu thành phần của bê tông và nước, và che đậy bảo vệ hỗn hợp bê tông trước khi đổ Dưới đây là các biện pháp cụ thể:

1.6.2 Biện pháp hạ nhiệt độ cốt liệu

- Có thể sử dụng các biện pháp kỹ thuật dưới đây để hạ nhiệt độ vật liệu đầu vào nhằm hạ nhiệt độ hỗn hợp bê tông trước lúc đổ

+ Che chắn nắng kho chứa cốt liệu: Các kho chứa cát, đá dăm, sỏi cần được

che chắn khỏi tác động trực tiếp của bức xạ mặt trời làm nóng vật liệu chứa trong kho (Hình 1.5)

Hình 1.5 Nhà che chứa cốt liệu cho bê tông + Phun nước lên đá dăm, sỏi: Đá dăm, sỏi trong kho chứa được phun nước

theo chu kỳ để giữ ướt bề mặt tạo cơ chế nước bay hơi làm hạ nhiệt độ vật liệu

+ Làm lạnh cát bằng nước lạnh: Dòng nước lạnh từ máy làm lạnh được chạy

Trang 33

qua hộc chứa cát để hạ thấp nhiệt độ cát trước khi trộn, phương pháp này cho phép hạ thấp nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 40C Nước đã qua cát sẽ trở về máy làm lạnh để làm lạnh trở lại

+ Nhúng đá dăm sỏi vào nước lạnh: Đá dăm, sỏi trong thùng chứa có đáy và

thành hở được nhúng vào nước đã được làm lạnh để hạ thấp nhiệt độ vật liệu Sau đó đổ lên băng tải rung để loại bớt nước thừa trước khi đưa vào máy trộn Phương pháp này cho phép hạ nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 120C

+ Phun nước lạnh lên cốt liệu: Nước làm lạnh đến khoảng 40C được phun lên cát hoặc đá dăm, sỏi chạy trên băng chuyền trước khi vào máy trộn, phương pháp này cho phép hạ nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 70C

+ Làm lạnh chân không: Cát hoặc đá sỏi trong xi lô hay thùng chứa dung tích

100  300 tấn được tạo chân không (6mm thủy ngân) để tạo cơ chế hạ thấp nhiệt

độ sôi và tăng khả năng hấp thụ nhiệt hóa hơi của nước Do đó nước dễ dàng bay hơi khỏi cốt liệu làm hạ thấp nhiệt độ cốt liệu Thời gian nhúng được xác định sao cho lạnh thấm vào hết hạt cốt liệu lớn Phương pháp này cho phép hạ thấp nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 180C

- Tuỳ theo điều kiện và yêu cầu thi công cụ thể có thể áp dụng một hoặc một

số giải pháp hạ nhiệt độ cốt liệu nêu trên

- Khi thiết kế thành phần bê tông cần phải tính đến lượng nước hấp thụ của cốt liệu khi đã qua xử lý làm lạnh nêu trên

1.6.3 Biện pháp hạ thấp nhiệt độ nước trộn bê tông

- Sử dụng nước đá, đá vảy: Nước đá ở dạng cục được đập nhỏ hoặc ở dạng

viên nước đá nhỏ chế sẵn được dùng thay nước trộn bê tông Tùy theo yêu cầu thi công, có thể thay thế nước đá một phần hay toàn bộ nước trộn Sử dụng nước

đá cho phép hạ thấp nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 120C

- Làm lạnh nước bằng nitrogen lỏng: Nitrongen lỏng (ở nhiệt độ -196 0C) được dẫn trong hệ thống ống đi qua thùng chứa nước trước khi sử dụng để trộn

BT Phương pháp này cho phép hạ thấp nhiệt độ nước trộn có thể xuống tới 10C

Trang 34

1.6.4 Biện pháp đối với hỗn hợp bê tông

- Hỗn hợp bê tông chạy trong ống bơm hay trên băng chuyền hoặc nằm trong thùng vận chuyển bằng cẩu vào mùa hè cần được che đậy để tránh tác động trực tiếp của bức xạ mặt trời, làm nóng hỗn hợp bê tông trước khi đổ

1.7 Biện pháp hạn chế chênh lệch nhiệt độ trong khối bê tông

- Độ chênh nhiệt độ lớn giữa các vị trí trong khối bê tông là nguyên nhân chủ yếu gây hiệu ứng nhiệt làm nứt bê tông

- Các biện pháp kỹ thuật sau đây có thể làm giảm độ chênh nhiệt độ T của khối bê tông trong những ngày đầu đóng rắn:

+ Đưa nhiệt trong khối bê tông ra ngoài;

+ Bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ;

+ Chia nhỏ khối đổ để thi công;

+ Chống xung nhiệt khi tháo dỡ cốp pha;

+ Chống mất nhiệt nhanh ở các gờ cạnh và góc kết cấu

- Dưới đây là nội dung chi tiết của các biện pháp này:

1.7.1 Đưa nhiệt trong khối bê tông ra ngoài

- Do nhiệt độ ở tâm khối đổ thường lớn hơn nhiều so với nhiệt độ vùng xung quanh, nên việc đưa nhiệt từ vùng tâm khối đổ thoát ra ngoài sẽ làm giảm độ chênh nhiệt độ T giữa lớp bê tông trong và ngoài khối đổ Có thể thực hiện việc này bằng cách đặt một dàn ống thoát nhiệt bằng kim loại hoặc PVC trong lòng khối đổ Sau đó bơm nước lạnh chạy qua dàn ống để đưa nhiệt trong khối

đổ ra ngoài (Hình 1.7) Việc đặt dàn ống này cần phải do các nhà chuyên môn tính toán về phạm vi không gian thoát nhiệt và khả năng trao đổi nhiệt của dàn ống

- Thiết kế hệ thống ống thoát nhiệt có thể dùng những thông số sau đây để tính toán:

+ Dùng ống thép có đường kính (25  30)mm, thành ống dày 1,5 mm, kích thước dàn ống được xác định trên cơ sở kích thước khối bê tông cần thoát nhiệt

Trang 35

+ Dùng nước lạnh tự nhiên từ mạng cấp nước thành phố hoặc nước sông, hồ, hoặc nước đã được làm lạnh trước để cấp cho dàn ống

+ Tốc độ bơm nước qua dàn cần đạt (15  17) l/phút

1 Bê tông khối lớn 2.Dàn ống thoát nhiệt

Hình 1.6 Sơ đồ đặt dàn ống thoát nhiệt cho khối lớn bê tông

Hình 1.7 Sơ đồ lắp ống thoát nhiệt trong khối đổ bê tông khối lớn

- Thông thường nhiệt độ nước cấp có thể để ở nhiệt độ không khí tự nhiên Đối với những công trình cần dùng nước đã được làm lạnh trước thì nhiệt độ nước cấp vào dàn ống có thể để ở khoảng trên 30C Khi cần nước lạnh hơn thì có

1 Nước lạnh

đi vào

Nước nóng

đi ra

2

Trang 36

thể dùng 70% nước và 30% propylene glycol (chất chống đóng băng), khi đó nhiệt độ nước cấp có thể thấp ở mức 10C

- Dàn ống thoát nhiệt được duy trì hoạt động liên tục trong thời gian 7-10 ngày (Hình 1.6 và hình 1.7) tùy theo mức yêu cầu thoát nhiệt và hiệu quả thoát nhiệt

bê tông Khi vữa đã đóng rắn thì cắt bỏ các phần ống thừa ra ngoài khối bê tông

- Việc thiết kế kết cấu của dàn ống thoát nhiệt phải được thiết kế sao cho đảm

bảo việc bơm vữa sau này được thực hiện dễ dàng, không gây ách tắc trong quá trình bơm

1.7.2 Bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ

- Nguyên tắc chung: Biện pháp bọc vật liệu cách nhiệt cho phép giữ cho nhiệt thủy hóa của xi măng không thoát ra ngoài, mà tích tụ trong khối bê tông và cân bằng nhiệt giữa vùng tâm với vùng xung quanh khối đổ Biện pháp này chỉ được

áp dụng đối với các kết cấu bê tông có khối lượng của khối đổ cho phép đổ liên tục và kết thúc trong thời gian không quá 2 ngày đêm

- Vật liệu cách nhiệt sử dụng: Có thể dùng các vật liệu cách nhiệt sau đây để bọc xung quanh khối đổ:

Trang 37

* Hạt polystyrene xốp với chiều dày không dưới 10 cm (dùng để phủ bề mặt

bê tông)

* Trấu thóc với chiều dày không dưới 15 cm (dùng đổ phủ mặt bê tông)

- Các vật liệu cách nhiệt trên cần phải gữi ở trạng thái khô, độ ẩm không quá

12%

- Quy trình bọc vật liệu cách nhiệt

+ Bọc thành xung quanh khối đổ: Vật liệu tấm cách nhiệt được bọc áp sát mặt

ngoài cốp pha thành trước lúc đổ bê tông Cần có biện pháp che chắn mặt ngoài

để chống mưa làm ướt vật liệu cách nhiệt

+ Phủ mặt bê tông: Sau khi hoàn thiện bề mặt bê tông cần nhanh chóng thực

hiện việc phủ vật liệu cách nhiệt lên bề mặt bê tông Đầu tiên cần trải một lớp nilon polyethylene để ngăn nước trong bê tông tiếp xúc với vật liệu cách nhiệt Sau đó xếp ken các tấm vật liệu cách nhiệt, hoặc trải các vật liệu rời cho đủ chiều cao yêu cầu và phủ kín bề mặt bê tông Đối với vật liệu rời thì nhất thiết phải có lớp che đậy ở phía trên (như vải bạt, nilon v.v ) để giữ ổn định lớp vật liệu này và chống mưa làm ướt chúng Đối với vật liệu tấm thì có thể tùy tình hình thời tiết có mưa hay không để giải quyết việc có cần che đậy phía trên hay không

- Đối với các khối đổ có diện tích bề mặt lớn thì hoàn thiện bề mặt bê tông đến đâu, tiến hành phủ vật liệu cách nhiệt ngay đến đấy

+ Dỡ vật liệu cách nhiệt và cốp pha thành:

- Vật liệu cách nhiệt được dỡ khi bê tông đã có không ít hơn 5 ngày tuổi (Hình 1.8) Dỡ làm 2 bước: Đầu tiên dỡ bung các tấm vật liệu cách nhiệt ra nhưng chưa chuyển đi Đối với vật liệu rời thì tháo dỡ lớp nilon phía trên và xáo trộn lớp vật liệu rời Ngày hôm sau mới tháo dỡ vật liệu cách nhiệt chuyển ra khỏi khối bê tông (cho cả thành và mặt bê tông)

- Tiếp đó cốp pha thành được tháo bung ra và cũng qua một ngày mới chuyển

ra khỏi mặt thành bê tông

- Không dỡ vật liệu cách nhiệt và côp pha vào lúc trời mưa

Trang 38

- Cần có biện pháp theo dõi diễn biến nhiệt độ trong khối bê tông trong suốt

thời gian không ít hơn 7 ngày tuổi của bê tông

1 Nilon phủ tránh mưa

2 Lớp bông khoáng dày (7  10)cm

3 Nilon đậy mặt bê tông

4 Tấm xốp polystyrene dày (4  5)cm

5 Bê tông khối lớn

6 Cốp pha thành

Hình 1.8 Sơ đồ bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ

1.7.3 Chia nhỏ khối đổ để thi công

- Nguyên tắc chung: Đối với các khối bê tông có thể tích lớn, không thể thi công xong trong thời gian ngắn, thì có thể chia khối đổ thành các phần nhỏ để thi công

- Các phần của khối đổ được chia với kích thước sao cho có một cạnh hoặc chiều cao nhỏ hơn 2m Kích thước này có thể lớn hơn nếu kết cấu đã được tính cốt thép phòng chống nứt cho khối lớn Khi đó người thiết kế sẽ quy định cụ thể kích thước chia nhỏ khối đổ Tuỳ theo đặc điểm của kết cấu, người thiết kế sẽ quyết định vị trí chia khối đổ sao cho đảm bảo tính toàn vẹn và sự làm việc bình thường của khối bê tông sau này

- Phương pháp chia nhỏ khối đổ:

+ Đầu tiên cần xem xét khả năng chỉ chia khối đổ theo chiều cao, sao cho một đợt đổ không quá 1,5m và có thể đổ hết độ cao của đợt trong thời gian không quá 2 ngày đêm

+ Trường hợp diện tích bề mặt khối đổ quá lớn, không thể đáp ứng được yêu cầu về thời gian nêu trên nếu chỉ chia khối bê tông theo chiều cao, thì cần phải chia khối đổ cả theo mặt bằng Sơ đồ chia khối đổ theo mặt bằng xem ở hình 1.9

Trang 39

- Thi công các phần của khối đổ: Việc thi công các phần của khối đổ được thực hiện theo trật tự sao cho mỗi phần đều có thể thoát nhiệt thủy hóa xi măng nhanh nhất mà tiết kiệm được thời gian thi công

+ Khi phần đổ sau có một hoặc nhiều cạnh áp sát với phần đổ trước thì phần

đổ sau chỉ bắt đầu đổ khi bê tông ở phần đổ trước đã đủ tuổi không dưới 4 ngày

đêm

+ Khi chiều cao của các phần khối đổ lớn hơn 1,5m thì cần chia chiều cao thành các đợt đổ, mỗi đợt không cao quá 1,5m Đợt sau bắt đầu đổ khi bê tông đợt trước đã có tuổi không dưới 4 ngày đêm

Hình 1.9 Sơ đồ mặt bằng chia khối đổ thành các phần nhỏ

1.7.4 Chống xung nhiệt khi tháo dỡ cốp pha

- Để tránh tác động xung nhiệt cho lớp bê tông xung quanh phía ngoài khối đổ, việc tháo dỡ cốp pha cần đảm bảo những yêu cầu sau đây:

- Chỉ tháo cốp pha thành khi bê tông đã có tuổi không ít hơn 5 ngày đêm

- Tháo cốp pha làm 2 bước: Đầu tiên tháo bung thành cốp pha nhưng vẫn để cốp pha tại chỗ Sau một ngày đêm mới chuyển cốp pha đi

- Đối với các kết cấu có dùng biện pháp bọc vật liệu cách nhiệt thì việc tháo

dỡ vật liệu cách nhiệt và cốp pha thành được thực hiện theo đúng yêu cầu

Trang 40

1.7.5 Chống mất nhiệt nhanh ở các gờ cạnh và góc kết cấu

- Các gờ cạnh và góc kết cấu bê tông khối lớn thường bị mất nhiệt nhanh, tạo

ra chênh lệch lớn giữa nhiệt độ của gờ cạnh hoặc góc với nhiệt độ khối bê tông, chừng mực nào đó có thể gây nứt bê tông ở các vị trí này Vì vậy cần có biện pháp bảo vệ để tránh mất nhiệt nhanh cho các gờ cạnh và góc kết cấu

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	8,13 MB