Bài Giảng Bệnh và hư hỏng kết cấu bê tông

NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG ĐẶC ĐIỂM VẬT LÝ CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG - Vật liệu bê tông có cấu trúc rỗng : phần đặc + phần lỏng + phần khí Lỗ rỗng mở liên kế

Trang 1

BỆNH, HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA, GIA CƯỜNG

Phần 3 BỆNH, HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA, GIA CƯỜNG

KẾT CẤU BÊ TÔNG

Trang 2

NỘI DUNG CỦA PHẦN 3

Phần 3.1 : Bệnh và hư hỏng kết cấu bê tông

Phần 3 2 : Sửa chữa hư hỏng kết cấu bê tông

Phần 3.3 : Gia cường kết cấu bê tông

Trang 3

Phần 3.1 : BỆNH VÀ HƯ HỎNG KẾT CẤU BÊ TÔNG

Trang 4

NỘI DUNG CỦA PHẦN 3.1

NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT CẤU Ữ G ẶC CƠ QU Ệ CỦ C U

Trang 5

Trang 6

NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG

ĐẶC ĐIỂM VẬT LÝ CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG

- Vật liệu bê tông có cấu trúc rỗng : phần đặc + phần lỏng + phần khí

Lỗ rỗng mở liên kết

Lỗ rỗng mở không liên kết Phần đặc

Lổ rỗng kín

Độ ỗ ủ bê tô thô th ờ ở 28 à t ổi

Sự xâm nhập của các tác nhân hóa học (có nguồn gốc hóa học)

Độ rỗng của bê tông thông thường ở 28 ngày tuổi khoảng 15%

Sự xâm nhập của các tác nhân hóa học (có nguồn gốc hóa học) qua các lổ rỗng là nguyên nhân chính gây ra hư hỏng kết cấu bê tông

Trang 7

ĐẶC ĐIỂM VẬT LÝ CỦA BÊ TÔNG

Sự phân tầng của vật liệu bê tông Bê tông là vật liệu đàn nhớt : đặc tính lưu biến

ả h h ở đế hất l kết ấ bê tô

ảnh hưởng đến sự làm việc của kết

cấu bê tông

ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu bê tông

trong quá trình thi công

S (khi S thay đổi từ 5 đến 25 cm):

ρ : khối lượng riêng của BT

Trang 8

ĐẶC ĐIỂM VẬT LÝ CỦA BÊ TÔNG

Quá trình thủy hóa của xi măng trong kết cấu bê tông diễn ra rong một thời gian dài:

- Ảnh hưởng đến sự phát triển các đặc trưng cơ học của vật liệu bê tông

- Ảnh hưởng đến sự ổn định thể tích của bê tông trong giai đoạn đầu

- Nhiệt thủy hóa có thể tạo ra các ứng suất kéo gây nứt kết cấu BT nhất là trong trường hợp bê tông khối lớn

Trang 9

ĐẶC ĐIỂM CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG

- Bê tông là vật liệu có tính đồng nhất kém do được tạo thành từ nhiều vật ê tô g à ật ệu có t đồ g ất é do được tạo t à từ ều ậtliệu thành phần khác nhau

- Quan hệ ứng suất-biến dạng của cốt liệu và Qua ệ ứ g suất b ế dạ g của cốt ệu à vữa xi măng là tuyến tính tuy nhiên đặc

trưng cơ học này của bê tông là có thể xem

là phi tuyến

- Các vi nứt tồn tại ở vùng lỗ rỗng trong kết cấu gây ra sự tập trung ứng suất ở vùng tiếp giáp vữa xi măng – cốt liệu

Trang 10

- Cường độ chịu kéo thấp ~ 1/10 cường độ chịu néng ộ ị p g ộ ị

- Khả năng biến dạng kém : theo Acker (1992) bê tông bắt đầu nứt khi biến dạng xấp xỉ 150.10g p -6 (Acker P 1992 Retrait et fissurations du béton.)( )

Giai đoạn làm việc đàn hồi khi σ < 0,4σ c

Trang 11

- Cường độ bê tông phát triển theo thời gian và phụ thuộc chủ yếu vào quá g ộ g p g p ụ ộ y qtrình thủy hóa xi măng

+ Cường độ bê tông phát triển nhanh trong 28 ngày sau khi đổ bê tông Sau 28 ngày cường độ bê tông phát triển chậm Theo 1 số nghiên cứu sự chênh lệch

ờ độ bê tô thô th ờ ở thời điể 28 à à 1 kh ả 15%

cường độ bê tông thông thường ở thời điểm 28 ngày và 1 năm khoảng 15%

+ Tỷ lệ N/X (nước/xi măng) quyết định đến tốc độ thủy hóa

Trang 12

Do đặc điểm cấu tạo, biến dạng của bê tông rất phức tạp và có thể biếu diễn ặ ạ , ạ g g p ạp bằng công thức sau :

ε = ε(co ngót) + ε( nhiệt ) + ε(đàn hồi) + ε(dẻo) + ε(từ biến)

Do tác động Do tải trọng tác Do tải trọng táccủa môi trường Do tải trọng tác động ngắn hạn Do tải trọng tác động dài hạn

Trang 13

Sự làm việc của bê tông dưới tác dụng của tải trọng lặp (mỏi) ự ệ g ụ g ọ g ặp ( )

Trang 14

Trang 15

NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN

ĂN MÒN CỐT THÉP VÀ HƯ HỎNG LỚP BÊ TÔNG BẢO VỆ

- Là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây hư hỏng kết cấu bê tông

- Những hư hỏng này thường diễn ra trong một quá trình lâu dài và chủ yếu ở những khu vực xây dựng có các tác nhân hóa học ( ví dụ vùng ven biển, các nhà máy hóa chất ….)

Trang 16

ĂN MÒN CỐT THÉP VÀ HƯ HỎNG LỚP BÊ TÔNG BẢO VỆ

Cảng Thương Vụ - Vũng Tàu sau 15

Trang 17

NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT

THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN

- Dạng hư hỏng này thường không gây ra phá hủy đột ngột kết cấu công trình tuy nhiên chúng là một trong những tác nhân cơ bản (chủ yếu) quyết định đến tuổi thọ công trình g

- Một ví dụ về phá hủy kết cấu BTCT do cốt thép bị ăn mòn ( Trường Đại học

Syracuse New York)

Trang 18

- Các tác nhân có nguồn gốc hóa học ( CO2 , Cl - ….)

Clorua (trong muối)

CO 2

Trang 19

- Quá trình ăn mòn của các tác nhân có nguồn gốc hóa học ( CO2 , Cl - ….)

Trang 20

- Xảy ra chủ yếu ở các khu công nghiệp nơi

có hàm lượng CO2 cao

- Ăn mòn do CO2 không xảy ra khi kết cấu

bê tông nằm hoàn toàn dưới nước

Trang 21

Các vết nứt trên kết cấu bê

tông đẩy nhanh quá trình xâm

nhập của CO 2

Xác định chiều sâu vùng các-bô-nát bằng phenoltanéin

Trang 22

Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/xi măng đến quá trình cacbonat

Trang 23

- Clorua xâm nhập thông qua các lỗ rỗng và nhất là các khe nứt trên bề mặt kết cấu

Trang 24

Làm giảm yếu tiết diện của cốt thép chịu lực trong kết cấu BTCT p ị ự g

Làm giảm tiết diện bê tông của kết cấu (nhất là trường hợp kết cấu chịu nén) Làm giảm khả năng chịu lực hay tuổi thọ của kết cấu (công trình)

Trang 25

HƯ HỎNG BÊ TÔNG DO THAY ĐỔI ĐỘ ẨM MÔI TRƯỜNG

Kết cấu bê tông có sự thay đổi kích thước khi hàm lượng nước (độ ẩm ) thay đổi đặc biệt các bộ phận kết cấu công trình có sự tiếp xúc với môi trường tự nhiên

Độ ẩm môi trường thấp

đặc biệt các bộ phận kết cấu công trình có sự tiếp xúc với môi trường tự nhiên

Thay đổi chiều dài kết cấu

Độ ẩm môi trường cao

Trang 26

CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG THEO THỜI GIAN

* Với bê tông thường, biến dạng do co ngót lên tới 600*10 -6 ( gấp 4 lần giá trị biến dạng gây nứt bê tông)

* Với kết cấu siêu tĩnh, biến dạng co ngót sinh ra ứng suất kéo trong kết cấu

Trang 27

CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG THEO THỜI GIAN

Ảnh hưởng của điều kiện môi trường thi công công trình đến tốc

độ co ngót (theo Control of Cracking in Concrete)

Trang 28

NỨT KẾT CẤU DO CO NGÓT

Trang 29

HƯ HỎNG BÊ TÔNG DO NHIỆT ĐỘ

- Tác động của nhiệt độ sinh ra ứng suất nhiệt trong các kết cấu siêu tĩnh ( có thể là ứng suất kéo, nén hoặc ứng suất cắt ) g , ặ g )

- Là nguồn gốc của sự biến dạng, nứt vỡ, võng của kết cấu bê tông

Nhiệt độ + Tăng thể tích

bê tông tích

- Ví dụ : hệ số dẫn nhiệt của bê tông ~ 9*10 -6 mm/mm/°C Với kết cấu có chiều dài khoảng 30m thì khi sự thay đổi nhiệt độ 38°C thì biến dạng nhiệt là 22 mm

Trang 30

HƯ HỎNG BÊ TÔNG DO NHIỆT ĐỘ

Khi kết cấu siêu tĩnh biến dạng nhiệt sinh ra ứng suất trong kết cấu

Trang 31

¾ TRƯỜNG HỢP BÊ TÔNG KHỐI LỚN

• Trong các kết cấu bê tông khối lớn, nhiệt độ

bên trong kết cấu cao hơn so với bề mặt kết cấu

do phản ứng thủy hóa của xi măng ( tồn tại

Gradien nhiệt độ)

• Bề mặt kết cấu chịu các ứng suất kéo, trong khi

bên trong kết cấu chịu các ứng suất nén

Ví dụ :

Khi nhiệt độ bên ngoài giảm, chênh lệch nhiệt độ ΔT đạt đến 30°C, nếu hệ số dẫn nhiệt của bê tông là 9x10 -6 mm/mm/°C, nếu E =30 MPa thì ứng suất kéo là 8,1 MPa Ứng suất này vượt quá khả năng chịu kéo của bê tông

Trang 32

- Đối với kết cấu bê tông khối lớn, biến dạng nhiệt có thể đạt đến 400 đến 500x10 -6

khi chiều dày kết cấu thay đổi từ 60 cm đến 80 cm

- Theo TCXDVN 305 : 2004 để bê tông bị nứt do nhiệt thủy hóa cần có 2 điều kiện sau:

+ Độ chênh nhiệt độ ΔT > 20°C (chênh lệch nhiệt độ giữa các phần bê

tông và giữa bề mặt bê tông và không khí bên ngoài)

+ Mô đun độ chênh nhiệt độ M T ≥ 50°C/m

Trang 33

tb

T T

T tg

= α

=

a

a a

Chênh lệch nhiệt do thủy hóa của xi măng chỉ gây ra ứng suất kéo trong vùng bê

Chênh lệch nhiệt do thủy hóa của xi măng chỉ gây ra ứng suất kéo trong vùng bê tông cách bề mặt là 0,4 m.

Trong thực tế thiết kế cần đặt cốt thép xung quang khối bê tông trong phạm vi

0,4m từ bề mặt khối bê tông

Lưu ý : cốt thép không nhằm mục đích chống lại nứt của bê tông vì nó có hệ số ý p g ụ g ạ g ệ dãn nở nhiệt xấp xỉ bê tông Vai trò của cốt thép là hạn chế độ mở rộng vết nứt )

Trang 34

HƯ HỎNG CÓ NGUỒN GỐC TỪ ĐỘ ỔN ĐỊNH THỂ TÍCH VẬT LIỆU

- Xảy ra ngay sau khi thi công bê tông

- Các yếu tố ảnh hưởng chính : xi măng, cấu tạo

cốt thép, độ sụt của bê tông

- Biến dạng thể tích tại các vị trí khác nhau là

nguồn gốc gây ra vết nứt Tại vùng tiếp giáp cột, sàn

khác nhau trên cột BTCT

Tại vùng tiếp giáp dầm - sàn

Trang 35

Trang 36

NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT THÉP) CÓ NGUỒN GỐC CHỦ QUAN

HƯ HỎNG BÊ TÔNG DO TẢI TRỌNG

- Thường xảy ra khi kết cấu bị quá tải hoặc chịu các tải trọng không được

Trang 37

- Một số ví dụ

Kết cấu chịu uốn ứng lực trước

Dạng hư hỏng điển hình

Kết cấu chịu uốn

Dạng hư hỏng điển hình do mô

men uốn

Do mômen

Do lực

Trang 38

Khung bê tông cốt thép

Do tải trọng

ngang

Trang 39

DO SAI SÓT TRONG THIẾT KẾ

Hàm lượng cốt thép quá lớn, bố trí sai vị trí

Bê tông bị rỗng, rỗ

Trang 40

DO SAI SÓT TRONG THIẾT KẾ

Trang 41

NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT THÉP) CÓ NGUỒN GỐC CHỦ QU AN

DO SAI SÓT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

¾ Không đảm bảo chất lượng bê tông ( không đủ cường độ, khuyết tật)

- Mác bê tông không đạt : không đảm bảo thành phần cốt liệu chế tạo bê tông, quy trình bảo dưỡng không đạt yêu cầu

- Thi công bê tông có khuyết tật (nứt, rỗ… ),

không đảm bảo độ đồng nhất của bê tông

Trang 42

Bê tông vừa thi công

Nứt do bê tông chưa đủ cường độ

Hư hỏng của kết cấu bê tông trong trường hợp này thường nghiêm trọng

Trang 43

Kết cấu làm việc sai với sơ đồ tính.

Trang 44

không đảm bảo

Nứt do co ngót

Thay đổi thể tích bê tông do nước bay hơi

Tiêu đề	Bệnh và hư hỏng kết cấu bê tông
Trường học	Trường Đại Học Xây Dựng
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Xây Dựng
Thể loại	Bài giảng
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	4,1 MB