Nghiên cứu nguyên nhân và đề xuất phương án khắc phục vết nứt cấu kiện BTCT cho một số công trình tại khu vực phía nam

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHẮC PHỤC VẾT NỨT CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH TẠI KHU VỰC PHÍA NAM Học viên: Nguyễn Phan Bình Chu

TẠI KHU VỰC PHÍA NAM

Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số : 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG CÔNG THUẬT

Đà Nẵng, Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Phan Bình

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHẮC PHỤC

VẾT NỨT CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH

TẠI KHU VỰC PHÍA NAM

Học viên: Nguyễn Phan Bình

Chuyên nghành : Kỹ thuật Xây dựng dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

Lớp: K34.XDD.QNg, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt - Bê tông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong các công

trình xây dựng trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng (trên 80% các công trình từ

cấp I đến cấp IV đều sử dụng kết cấu bê tông cốt thép) Những công trình bê tông cốt thép

thường mắc một căn bệnh cố hữu với triệu chứng cụ thể là các vết nứt Các vết nứt trong

bêtông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà bản chất là đặc tính của vật liệu trong

khâu sản xuất, thi công và khả năng chịu kéo kém của bêtông khi kết cấu làm việc Các vết

nứt trông thấy thường liên quan đến khả năng các vết nứt này tạo điều kiện dễ dàng cho sự

xâm nhập của các tác nhân xâm thực vào bêtông và tiếp cận cốt thép, dẫn đến huỷ hoại cấu

trúc chịu lực của vật liệu Trong quá trình thi công và sử dụng, hiện tượng nứt BTCT

làm ảnh hưởng bất lợi đến tính bền vững công trình, gây thấm, hỏng những kết cấu liền

kề, đặc biệt ở nước ta nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới nóng ẩm quanh năm

Nhiều công trình xây dựng sử dụng kết cấu BTCT đòi hỏi tính bền vững và ổn định công

trình cao, việc xuất hiện vết nứt tại các kết cấu BTCT gây nhiều bất lợi không chỉ về mặt kỹ

thuật mà còn ảnh hưởng đến kinh tế, gây nên tâm lý không tốt cho người sử dụng và

xã hội

STUDY THE CAUSES AND PROPOSE A PLAN TO OVERCOME THE CRACK OF REINFORCED CONCRETE COMPONENTS FOR SOME

PROJECTS IN THE SOUTHERN AREA

Summary - Reinforced concrete is the most widely used material in construction

works in the world in general and in Vietnam in particular (over 80% of buildings from level I

to level IV use precast structures reinforced steel) Reinforced concrete structures often suffer

from an inherent disease with specific symptoms such as cracks Cracks in concrete can

develop from many causes, which are essentially characteristics of materials in the

production, construction and poor tolerance of concrete when the structure works The visible

cracks often involve the possibility of these cracks facilitating the penetration of the invading

agents into concrete and access to the reinforcement, leading to the destruction of the bearing

structure of the material In the process of construction and use, reinforced concrete cracking

phenomenon adversely affects the sustainability of the project, causing seepage and damage

to adjacent structures, especially in our country located in the hot and humid tropical climate

area year round Many construction works using reinforced concrete structures require high

stability and stability, the appearance of cracks in reinforced concrete structures causes many

disadvantages not only technically but also affecting the economy causing bad psychology

for users and society

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TOM TẮT LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Sự cần thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Bố cục đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BTCT VÀ KHUYẾT TẬT CÔNG TRÌNH BTCT 4

1.1 Đặc điểm chung của kết cấu bê tông cốt thép 4

1.1.1 Vật liệu chế tạo bê tông 4

1.1.2 Cốt thép 9

1.1.3 Sự làm việc chung của vật liệu trong kết cấu BTCT 10

1.2 Các sự cố của kết cấu BTCT 10

1.2.1 Một số khái niệm liên quan đến sự cố công trình xây dựng 10

1.2.2 Một số nguyên nhân sự cố thường gặp 12

1.3 Kết luận chương 16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NỨT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 18

2.1 Định nghĩa vết nứt 18

2.1.1 Định nghĩa 18

2.1.2 Phương pháp nhận dạng các loại vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép 25

2.2 Nguyên nhân gây nứt bê tông cốt thép 30

2.2.1 Nứt kết cấu BTCT do thiết kế 30

2.2.2 Nứt kết cấu BTCT do yếu tố co ngót 33

2.2.3 Nứt kết cấu BTCT do yếu tố thi công 43

2.2.4 Nứt kết cấu BTCT do yếu tố nhiệt độ 46

2.2.5 Nứt do ăn mòn cốt thép 50

2.2.6 Nứt do tải trọng và tác động 50

2.3 Các tiêu chuẩn tính toán đến sự hình thành và mở rộng vết nứt 51

2.3.1 Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 [6] 51

2.3.2 Theo tiêu chuẩn BS-8110 [7] 52

2.3.3 Theo tiêu chuẩn ACI-318 [8] 52

2.3.4 Theo tiêu chuẩn EUROCODE 1992-1-1 [9] 53

2.4 Kết luận chương 53

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHẮC PHỤC CÔNG TRÌNH SONASEA CONDOTEL & VILLAS VÀ MEKORPHAR BP NEW FACTORY 54

3.1 Đặt vấn đề: 54

3.2 Khảo sát công trình SonaSea Condotel & Villas 54

3.2.1 Mô tả công trình 54

3.2.2 Kết quả kiểm tra khảo sát công trình 55

3.2.3 Phân tích nguyên nhân xảy ra sự cố 65

3.2.4 Đề xuất phương án khắc phục 66

3.2.5 Tính toán kiểm tra sau khi gia cố 71

3.3 Khảo sát công trình Mekophar Bp New Factory 72

3.3.1 Mô tả công trình 72

3.3.2 Kết quả kiểm tra khảo sát công trình 73

3.3.3 Phân tích nguyên nhân xảy ra sự cố 82

3.3.4 Đề xuất phương án khắc phục 82

3.4 Kết luận chương 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

PHỤ LỤC 87 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Nhiệt thuỷ hoá của xi măng theo ASTM C150-99a [24] 4

Bảng 1.2 Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn 6

Bảng 1.3 Thành phần hạt của cát 7

Bảng 1.4 Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn không tan trong nước trộn bê tông và vữa 8

Bảng 2.1 Phân loại các vết nứt bê tông 20

Bảng 2.2 Các loại vết nứt và hình dạng vết nứt 25

Bảng 2.3 Vết nứt trong dầm bê tông cốt thép 28

Bảng 2.4 Co hóa học của các khoáng xi măng 34

Bảng 2.5 Sự phát triển cường độ tiêu chuẩn của bê tông theo thời gian(Rb) 45

Bảng 2.6 Các hàm cho các thông số 49

Bảng 3.1 Vật Liệu sử dụng 58

Bảng 3.2 Giới hạn chảy của cốt thép 59

Bảng 3.3 Dung trọng của vật liệu 59

Bảng 3.4 Tải trọng lớn nhất của lớp phủ lên sàn 59

Bảng 3.5 Hoạt tải tác dụng lên công trình 60

Bảng 3.6 Phân vùng áp lực gió 60

Bảng 3.7 Mô tả các trường hợp tải trọng 62

Bảng 3.8 Tổ hợp tải trọng tính toán_ULS 62

Bảng 3.9 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn_ SLS 62

Bảng 3.10 Ví dụ 5/266 vị trí kiểm tra vết nứt được đánh giá mức độ nguy hiểm của cấu kiện kết cấu BTCT theo mục 5.2.5 & của TCVN 9381:2012 79

Bảng 3.11 Các vị trí nứt cấu kiện gây nguy hiểm cho hạng mục công trình theo mục 5.3.2.2 của TCVN 9381:2012 80

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Đồ thị ứng suất biến dạng của cốt thép 9

Hình 1.2 Hình ảnh các loại thép xây dựng 10

Hình 1.3 Các sự cố công trình xảy ra trong nước và trên thế giới 11

Hình 1.4 Nền bị lún do tải trọng của lớp đất đắp, tôn nền 13

Hình 1.5 Vì kèo sập đổ hoàn toàn do tải trọng mái vượt khả năng chịu lực

của vì kèo 14

Hình 1.6 Sạt taluy dương do bạt núi làm đường 15

Hình 2.1 Vết nứt hình thành trong quá trình co ngót 18

Hình 2.2 Hiện tượng bê tông bị bọt khí 21

Hình 2.3 Các vết rạn nứt trên cấu kiện BTCT 21

Hình 2.4 Hiện tượng rỗ tổ ong cấu kiện BTCT 22

Hình 2.5 Hiện tượng cong vênh sàn do co ngót 22

Hình 2.6 Hiện tượng bong tróc 23

Hình 2.7 Hiện tượng phấn hóa ((Bụi xi măng) 24

Hình 2.8 Quá trình ăn mòn kim loại là nguyên nhân chính gây nứt vỡ 24

Hình 2.9 Vết nứt do tác động của lực trong bản sàn 27

Hình 2.10 Các vết nứt trong sàn panel lắp ghép (1 ÷ 4) do tác động của lực 27

Hình 2.11 Vết nứt trong dầm 29

Hình 2.12 Vết nứt trong cột bê tông cốt thép 30

Hình 2.13 Co hóa học của đá xi măng 34

Hình 2.14 Mối quan hệ giữa co hóa học và co nội sinh 35

Hình 2.15 Quá trình hình thành co nội sinh của bê tông 36

Hình 2.16 Mô tả trạng thái của nước trong lỗ rỗng cấu trúc của đá xi măng 36

Hình 2.17 Hiện tượng tự làm khô trong đá xi măng 37

Hình 2.18 Hiện tượng nứt của bê tông do co mềm 38

Hình 2.19 Một số ví dụ về tốc độ nước dịch chuyển lên bề mặt 39

Hình 2.20 Bê tông bị nứt do co khô 41

Hình 2.21 Sự phân bố của áp lực tách liên kết 42

Hình 2.22 Ảnh hưởng của điều kiện dưỡng hộ đến co ngót trong bê tông 45

Hình 3.1 Phối cảnh mặt đứng và mặt bằng công trình Sonasea Condotel & Villas 54 Hình 3.2 Một số hình ảnh hạng mục móng của công trình bị nứt 55

Hình 3.3 Một số hình ảnh kiểm tra vết nứt công trình 56

Hình 3.4 Một số hình ảnh kiểm tra đặc tính của bê tông 56

Hình 3.5 Một số hình ảnh kiểm tra cốt thép và chiều dày lớp bê tông bảo vệ 57

Hình 3.6 Một số hình ảnh kiểm tra khả năng ăn mòn của cốt thép bằng máy dò cốt

thép Profometer và thiết bị Canin hãng Proceq, Thụy Sỹ 58

Hình 3.7 Mô hình 3D sàn hầm công trình bằng SAFE 63

Hình 3.8 Mô hình 3D công trình bằng Etabs 64

Hình 3.9 Công tác vệ sinh tại vị trí vết nứt 67

Hình 3.10 Đánh dấu các vị trí có thể đặt xi măng 67

Hình 3.11 Gắn chốt neo vào các vị trí đã được đánh dấu & trám vá dọc theo các vết nứt 67

Hình 3.12 Công tác bơm dung dịch keo Epoxy vào xy lanh 68

Hình 3.13 Công tác chà nhám và làm phẳng bề mặt các vết nứt sau khi xử lý 68

Hình 3.14 Ví dụ gia cường dầm móng tại vị trí nhịp bao gồm mặt bằng, mặt đứng và mặt cắt gia cường 69

Hình 3.15 Ví dụ gia cường dầm móng tại vị trí nhịp bao gồm mặt bằng, mặt đứng và mặt cắt gia cường 69

Hình 3.16 Ví dụ gia cường dầm móng tại vị trí gối 70

Hình 3.17 Gia cường dầm móng tại vị trí nhịp của dầm D1 (AV3C) trục SX5-SX6/SY11 không đạt cường độ bê tông thiết kế và có vết nứt ≥ 0,40 mm bao gồm mặt đứng và mặt cắt gia cường 70

Hình 3.18 Gia cường dầm móng tại vị trí nhịp của dầm D1 (AV3C) trục SX5-SX6/SY11 không đạt cường độ bê tông thiết kế và có vết nứt ≥ 0,40 mm bao gồm mặt đứng và mặt cắt gia cường 71

Hình 3.19 Sơ đồ kết cấu của dầm D2 – AV12A 72

Hình 3.20 Phối cảnh và hiện trạng công trình Mekophar Bp New Factory 72

Hình 3.21 Hình ảnh vết nứt dầm và sàn công trình Mekophar Bp New Factory 73

Hình 3.22 Mô hình không gian của công trình 75

Hình 3.23 Tiết diện dầm tầng mái 76

Hình 3.24 Moment – M3 của DẦM MÁI trong ETABS 77

Hình 3.25 Share – V2 của DẦM MÁI trong ETABS 78

Hình 3.26 Một số hình ảnh kiểm tra chiều dày lớp bê tông cốt thép bảo vệ 82

Hình 3.27 Một số hình ảnh kiểm tra chiều dày lớp bê tông cốt thép bảo vệ 82

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài

Bê tông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong các công trình xây dựng trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng (trên 80% các công trình từ cấp I đến cấp IV đều sử dụng kết cấu bê tông cốt thép) Khoa học công nghệ phát triển

đã tạo ra những cơ hội mới để đa dạng hóa việc ứng dụng vật liệu bê tông cốt thép vào kết cấu nhưng những nguyên lý ban đầu để hình thành vật liệu tổ hợp từ thép và bê tông với việc hạn chế hình thành các vết nứt vẫn còn nguyên giá trị Những công trình

bê tông cốt thép thường mắc một căn bệnh cố hữu với triệu chứng cụ thể là các vết nứt Nhưng chẩn đoán nó như thế nào, đâu là nguyên nhân đích thực và cách chủ động phòng ngừa vẫn luôn là một thách thức

Nứt bêtông là hiện tượng thường gặp trong công trình xây dựng Các vết nứt trong bêtông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà bản chất là đặc tính của vật liệu trong khâu sản xuất, thi công và khả năng chịu kéo kém của bêtông khi kết cấu làm việc Các vết nứt trông thấy thường liên quan đến khả năng các vết nứt này tạo điều kiện dễ dàng cho sự xâm nhập của các tác nhân xâm thực vào bêtông và tiếp cận cốt thép, dẫn đến huỷ hoại cấu trúc chịu lực của vật liệu

Trong quá trình thi công và sử dụng, hiện tượng nứt BTCT làm ảnh hưởng bất lợi đến tính bền vững công trình, gây thấm, hỏng những kết cấu liền

kề, đặc biệt ở nước ta nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới nóng ẩm quanh năm Nhiều công trình xây dựng sử dụng kết cấu BTCT quy mô lớn như cầu, nhà cao tầng, các công trình lớn, công trình công nghiệp, đập thuỷ điện, móng silo … đòi hỏi tính bền vững và ổn định công trình cao, việc xuất hiện vết nứt tại các kết cấu BTCT gây nhiều bất lợi không chỉ về mặt kỹ thuật mà còn ảnh hưởng đến kinh tế, gây nên tâm lý không tốt cho người sử dụng và xã hội

Hàng năm có hàng trăm công trình xây dụng dân dụng ở khu vực phía Nam nói chung cũng như thành phố Hồ Chí Minh nói riêng có nguyên nhân nghiêng, lún dẫn đến nứt cũng như sập đổ công trình Các nguyên nhân dẫn đến sự cố nứt công trình có thể kể đến như: khảo sát địa chất xây dựng không đầy đủ hoặc không khảo sát; thiết kế không hợp lý; thi công không đúng với thiết kế; tác động khác từ bên ngoài như tác động của công trình, hố đào hoặc chất tải ở khu vực lân cận, sập hang động ngầm, hạ mực nước ngầm, lún do tải trọng của đất san lấp tạo mặt bằng

Những lý do nêu trên cho thấy sự cần thiết của công tác tập hợp, phân tích những nguyên nhân gây ra nứt kết cấu BTCT, từ đó đưa ra các giải pháp, phương án hạn chế và nguyên tắc xử lý cho kết cấu BTCT bị nứt Điều đó không chỉ có ý nghĩa

về nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong công tác thiết kế, thi công và khai thác các công trình xây dựng

Xuất phát từ những nội dung trên: Đề tài “ Nghiên cứu nguyên nhân và đề

xuất phương án khắc phục vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) cho một số

công trình tại khu vực phía Nam” có tính thực tiễn và cấp thiết cao Trong giới hạn

của luận văn chỉ tập trung nghiên cứu khảo sát 02 công trình xảy ra sự cố vết nứt tại khu vực phía Nam với nội một số yêu cầu như: khảo sát hiện trạng của công trình sau

đó đánh giá nguyên nhân gây nứt và đưa ra phương án khắc phục sửa chữa cho các công trình đã nêu; luận văn chưa đề cập đến các nguyên nhân gây nứt do yếu tố nhiệt

độ, vật liệu và quá trình thi công xây dựng công trình

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Khảo sát hiện trạng của các công trình nghiên cứu, đánh giá nguyên nhân gây nứt có do quá trình thiết kế công trình

- Đề xuất một số giải pháp khắc phục sự cố vết nứt cấu kiện BTCT

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: nguyên nhân xảy ra sự cố vết nứt cấu kiện BTCT do quá trình thiết kế các công trình nghiên cứu và đề xuất phương án khắc phục cho các công trình

- Phạm vi nghiên cứu: đó02 công trình đã thi công xảy ra sự cố vết nứt cấu kiện BTCT

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lí thuyết: thông qua các tài liệu liên quan đến nội dung nghiên cứu

- Khảo sát thực nghiệm: Tiến hành kiểm tra thực tế các công trình có vết nứt cấu kiện BTCT tại một số tỉnh thuộc khu vực phía Nam

- Tổng hợp, phân tích đưa ra nguyên nhân xảy ra sự cố vết nứt và đề xuất phương

án khắc phục phù hợp

5 Bố cục đề tài

Mở đầu

1) Tính cấp thiết của đề tài

2) Mục tiêu nghiên cứu

3) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4) Phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẾT NỨT CÔNG TRÌNH

1.1 Đặc điểm chung của kết cấu BTCT

2.2 Nguyên nhân gây nứt bê tông cốt thép

2.3 Các tiêu chuẩn tính toán đến sự hình thành và mở rộng vết nứt

2.4 Kết luận chương

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHẮC PHỤC CÔNG TRÌNH SONASEA CONDOTEL &VILLAS VÀ

MEKORPHAR BP NEW FACTORY

3.1 Đặt vấn đề

3.2 Khảo sát công trình Sonasea Condotel & Villas

3.3 Khảo sát công trình Mekophar

3.4 Kết luận chương

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BTCT VÀ KHUYẾT TẬT CÔNG

TRÌNH BTCT

1.1 Đặc điểm chung của kết cấu bê tông cốt thép

1.1.1 Vật liệu chế tạo bê tông

a Xi măng

Cường độ bê tông phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: chất lượng cốt liệu, mức độ đầm chặt, tỷ lệ xi măng với nước, loại và lượng dùng xi măng, Trong đó, vật liệu chất kết dính có tác động lớn đến quá trình thuỷ hoá và tốc độ tăng cường độ

và do đó có những tác động lớn đến cường độ ban đầu của hỗn hợp bê tông, cũng như cường độ tuổi dài ngày của bê tông, bên cạnh đó cần phải xem xét sự phát sinh nhiệt bởi vật liệu chất kết dính chế tạo bê tông

Trong bê tông người ta đặc biệt quan tâm tới sự sinh nhiệt bởi các vật liệu kết dính trong nó, tuỳ theo mỗi loại xi măng khác nhau mà cho ta nhiệt thuỷ hoá khác nhau Nghiên cứu cho thấy rằng cùng lượng xi măng thí nghiệm (223kg/m3) thì lượng nhiệt toả ra do quá trình thuỷ hoá như sau

Bảng 1.1 Nhiệt thuỷ hoá của xi măng theo ASTM C150-99a [24]

Sự toả nhiệt của xi măng khi thủy hóa và rắn chắc có ý nghĩa thực tế rất lớn Khi thi công các cấu kiện nhỏ và trong điều kiện nhiệt độ thấp thì sự toả nhiệt có lợi, nhưng khi thi công các cấu kiện lớn và nhiệt độ cao thì lại có hại vì chúng gây nên ứng suất nhiệt, do đó xi măng dùng cho công trình khối lớn yêu cầu lượng nhiệt toả ra sau 3 ngày ≤ 40-45 Cal/g, sau 7 ngày 50-55 Cal/g

Trong quá trình rắn chắc của xi măng, thời kỳ đầu tiên toả nhiệt nhanh và nhiều Quá trình toả nhiệt của xi măng ở thời kỳ đầu đóng rắn được chia làm 4 giai đoạn

Giai đoạn 1: Sau 30 đến 40 phút kể từ khi nhào trộn xi măng với nước, lượng

nhiệt toả ra nhanh, đặc biệt là từ 5 đến 6 phút đầu tiên

Giai đoạn 2: Toả nhiệt ít và được gọi là giai đoạn cảm ứng, thường xảy ra sau

2 đến 4 giờ kể từ khi nhào trộn xi măng với nước, và phụ thuộc vào tính chất của

xi măng, hàm lượng thạch cao

Nguyên nhân của giai đoạn cảm ứng là do hình thành màng gel của các hợp chất hydrat trên bề mặt các hạt Clanhke, do đó làm cản trở sự xâm nhập của nước vào bên trong các hạt, làm giảm sự tương tác của các hạt với nước nên làm giảm lượng nhiệt toả ra Do sự khuyếch tán của các hợp chất trong màng gel dẫn đến làm tăng áp suất thẩm thấu đến một giá trị nhất định làm phá vỡ màng gel, do đó quá trình phản ứng của các khoáng với nước lại xảy ra Đó là thời điểm cuối cùng của thời kỳ cảm ứng và bắt đầu thời kỳ toả nhiệt mạnh

Giai đoạn 3: Sau 3 đến 5 giờ kể từ khi nhào trộn xi măng với nước được đặc trưng bởi sự tăng dần lượng nhiệt toả ra (hỗn hợp bắt đầu đông kết) và đạt cực đại sau 6 đến 10 giờ (hỗn hợp kết thúc đông kết)

Giai đoạn 4: Kể từ khi lượng nhiệt đạt cực đại bắt đầu giảm dần Trong giai đoạn này tốc độ phát triển cường độ của hồ phát triển mạnh, lượng nhiệt toả ra giảm dần và sau 1 ngày đạt 20-30% tổng lượng nhiệt toả ra

Xi măng và sự làm việc của nó là nguyên nhân chính gây ra co mềm, co hóa học, co tự sinh … và nứt ban đầu cho kết cấu bê tông Trong kết cấu bê tông, hàm lượng xi măng càng lớn thì độ co càng mạnh Sử dụng xi măng có độ mịn càng cao

sẽ làm tốc độ thủy hóa càng nhanh, giá trị co mềm càng lớn

Có thể hạn chế hiện tượng co của bê tông bằng cách sử dụng xi măng ít sinh ra nhiệt thủy hóa Loại xi măng này do giá thành cao, công nghệ sản xuất đòi hỏi cao nên chưa được sử dụng phổ biến, mà thường chỉ áp dụng trong thi công bê tông khối lớn

b Cốt liệu

Trong hỗn hợp bê tông cốt liệu chiếm khoảng 75-80% thể tích, do đó có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của hỗn hợp bê tông và cả bê tông đã đóng rắn Sự lựa chọn cốt liệu là nhân tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến chất lượng và đặc tính của hỗn hợp bê tông Nếu sự lựa chọn là hợp lý thì nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao

và tuổi thọ công trình lớn hơn Trong hỗn hợp bê tông chưa đông kết thì hàm lượng cốt liệu ảnh hưởng lớn đến tính công tác của hỗn hợp bê tông, sự phân tầng tách nước

và độ đầm chặt tối ưu của quá trình đầm chặt tại công trường hoặc là ảnh hưởng đến chỉ số thời gian đầm chặt tối ưu của mẫu thí nghiệm

Với cốt liệu càng lớn thì tổng tỷ lệ diện tích bề mặt càng nhỏ do vậy lượng hồ dùng để bao bề mặt cốt liệu càng nhỏ khi đó yêu cầu lượng dùng xi măng sẽ

ít đi Cần lưu ý rằng với cốt liệu thô thì kích thước đường kính lớn nhất của đá phải phù hợp với thiết bị trộn và đổ bê tông và có thành phần phối hợp tốt thông qua thí nghiệm trong phòng đã đề ra

Cốt liệu trong bê tông là thành phần cản co ngót của kết cấu Điều đó sẽ hạn chế

bề rộng vết nứt Tuy nhiên việc cản co lại góp phần làm tăng biến dạng không thực hiện được của đá xi măng Sự ổn định về thành phần, cấu trúc của cốt liệu bên cạnh tính chất cơ lý của nó đóng vai trò quan trọng đến tính chất cơ lý, độ bền của bê tông Yêu cầu của cốt liệu chế tạo bê tông được quy định trong TCVN 7570-

2006 [3], phân loại theo kích thước hạt, cốt liệu được chia làm hai nhóm chính : cốt liệu thô và cốt liệu mịn

* Cốt liệu thô : Cốt liệu thô dùng trong bê tông gồm sỏi nghiền hoặc không nghiền, đá dăm hoặc là sự kết hợp giữa chúng Bê tông dùng sỏi thường dùng ít nước hơn để đạt được tính công tác so với khi sử dụng sỏi nghiền, đá dăm Sử dụng sỏi nghiền hoặc đá dăm làm tăng mật độ khi đầm chặt và hỗn hợp khó phân tầng, ổn định trong quá trình rung đầm và thường có cường độ uốn và kéo cao hơn do tính chất

bề mặt của nó tạo nên

Cấp hạt cốt liệu cho từng loại bê tông khác nhau biến đổi rất lớn, sự biến đổi về cấp phối hạt cốt liệu của hỗn hợp ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính của bê tông Tính công tác của hỗn hợp bê tông có thể đạt được bằng cách phân tích cốt liệu ra thành các cỡ hạt và tái phối hợp lại theo các tỷ lệ đã định sẵn sao cho đường biểu diễn cấp phối thành phần hạt nằm trong miền quy phạm Tuy nhiên loại bê tông này thường sử dụng một cấp phối hạt bao gồm đủ các cấp hạt Hiện nay loại đá dăm hay được sử dụng để chế tạo bê tông là đá dăm được sản xuất từ đá vôi hoặc đá bazan Chất lượng cũng như các tính chất của đá dăm dùng trong bê tông được quy định trong TCVN 7570: 2006

Việc lựa chọn cốt liệu thô cần chú ý xem có thành phần khoáng vật có thể tiếp tục bị phong hóa hay không, có khoáng vật ổn định, có loại lại rất dễ bị biến đổi theo thời gian trong môi trường Hàm lượng bụi, bùn, sét quá nhiều trong cốt liệu thô cũng dễ gây hiện tượng phong hóa tiếp tục trong quá trình sử dụng, dễ làm

bê tông mất ổn định và gây nứt

Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn tuỳ theo cấp độ bền chịu nén bê tông không vượt quá giá trị quy định trong Bảng 2.2

Bảng 1.2 Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

kết cấu đã được hoàn thiện, kể cả việc xử lý sửa chữa cũng mất rất nhiều thời gian

và kinh tế

* Cốt liệu mịn : Chất lượng cũng như các tính chất của cốt liệu mịn dùng trong

bê tông cũng được quy định trong TCVN 7570: 2006

Trong số các loại cốt liệu mịn có nguồn gốc tự nhiên thì cát vàng hay được

sử dụng cho bê tông nhiều nhất vì thành phần cấp phối cỡ hạt tốt nhất, hàm lượng bụi, bùn, sét không lớn

Việc lựa chọn cốt liệu mịn không tốt dễ dẫn đến xuất hiện nhiều tạp chất trong

bê tông (bùn, sét, hữu cơ…), gây nhiều phản ứng hóa học, biến đổi chất trong bê tông, gây nứt

Cát thô thường được ưu tiên sử dụng vì độ sạch Dùng cát mịn có modun độ lớn nhỏ, lượng nước dùng trong khi đổ bê tông sẽ tăng lên, kéo theo lượng dùng xi măng tăng theo, điều này sẽ gián tiếp gây ra hiện tượng nứt

Cát thô có thành phần hạt như quy định trong Bảng 2.3 được sử dụng để chế tạo bê tông và vữa tất cả các cấp bê tông và mác vữa

Thực tế trong khi trộn bê tông, nước thường được dùng là nước máy sinh hoạt hoặc nước giếng khoan không qua quy trình lọc, không đảm chất lượng nước, gây rất nhiều sự cố cho bê tông (ăn mòn, phản ứng hóa học, mất ổn định thể tích …) , suy giảm cường độ dẫn đến gây nứt cho kết cấu

Bảng 1.4 - Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua

và cặn không tan trong nước trộn bê tông và vữa

Đơn vị tính bằng miligam trên lít (mg/L)

Ion clo (Cl-)

Cặn không tan

1 Nước trộn bê tông và nước trộn

vữa bơm bảo vệ cốt thép cho các

kết cấu bê tông cốt thép ứng lực

trước

2 Nước trộn bê tông và nước trộn

vữa chèn mối nối cho các kết cấu bê

3 Nước trộn bê tông cho các kết

cấu bê tông không cốt thép Nước

Các phụ gia khoáng thường gặp là tro núi lửa (puzơlan), đá bọt opal, diatomit, sét nung, tro bay, xỉ lò cao, muội silic Ba chất cuối dùng phổ biến để làm phụ gia khoáng cho bê tông hiện nay

Sử dụng phụ gia khoáng với tỷ lệ tối ưu khi trộn với xi măng pooclăng sẽ cải thiện rất nhiều các phẩm chất của bê tông như:

- Thay thế một phần xi măng để hạ thấp lượng nhiệt toả ra trong quá trình hyđrát hoá và giảm co ngót do nhiệt

- Bù đắp sự thiếu hạt mịn để lấp đầy các lỗ rỗng trong hỗn hợp bê tông;

- Giảm sự tách nước, tách vữa cho hỗn hợp bê tông;

- Nâng cao độ đặc chắc, tăng cường độ cơ học, giảm sự xâm nhập của các tác nhân có hại vào trong lòng bê tông

- Tăng độ bền sunfat với nước biển;

- Cải thiện được tính giãn nở;

- Giảm nguy cơ bị hoà tan và bị rửa trôi;

- Tăng tính dễ thi công;

- Tận dụng phế thải công nghiệp;

- Giảm được giá thành cho bê tông

Phụ gia khoáng có tác dụng đến nhiều chức năng của bê tông : hiệu quả trong giảm nhiệt thủy hóa, giảm lượng dùng xi măng, giảm co mềm, co cứng, hạn chế các phản ứng kiềm cốt liệu trong bê tông, tăng cường độ ở tuổi muộn dẫn đến giảm hiện tượng nứt trong bê tông

1.1.2 Cốt thép

Cốt thép là thành phần rất quan trọng của BTCT, nó chủ yếu để chịu lực kéo trong cấu kiện, nhưng cũng có lúc được dùng để tăng khả năng chịu nén Cốt thép phải đạt được các yêu cầu cơ bản về tính dẻo, về sự cùng chung làm việc với bê tông trong tất cả các giai đoạn chịu lực của kết cấu, và bảo đảm thi công thuận lợi

a Giới hạn ứng suất của cốt thép:

Căn cứ vào tính năng cơ học của cốt thép, có thể phân ra hai loại: cốt thép dẻo

và cốt thép dòn Cốt thép dẻo có thềm chảy rõ ràng trên đồ thị ứng suất biến dạng, còn

cốt thép dòn không có giới hạn chảy rõ ràng, nên đối với loại cốt thép dòn người ta lấy ứng suất tương ứng với biến dạng dư tỉ đối là 0,2% làm giới hạn chảy qui ước

Hình 1.1: Đồ thị ứng suất biến dạng của cốt thép

σel Giới hạn đàn hồi lấy bằng ứng suất ở cuối giai đoạn đàn hồi: Điểm A σy: Giới hạn chảy lấy bằng giá trị ứng suất ở đầu giai đoạn chảy: Điểm B σB: Giới hạn bền lấy bằng ứng suất lớn nhất mà mẫu chịu được trước khi

bị kéo đứt: Điểm C

b Phân loại thép xây dựng:

Thép xây dựng được phân loại theo tiêu chuẩn TCVN 1651– 2018[5]

+ Nhóm CI, AI: là thép tròn trơn, có d = 4 - 10mm, là thép cuộn, không

1.1.3 Sự làm việc chung của vật liệu trong kết cấu BTCT

Bê tông cốt thép là loại vật liệu phức hợp do hai loại vật liệu là bê tông và thép có đặc trưng cơ học khác nhau cùng phối hợp chịu lực cùng nhau

Bê tông là đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, sỏi … gọi là cốt liệu) và chất kết dính (xi măng hoặc các chất kết dính khác) Cường độ chịu kéo của bê tông nhỏ hơn cường độ chịu nén rất nhiều lần

Cốt thép là loại vật liệu chịu kéo và chịu nén đều rất tốt Do đó nếu bố trí lượng cốt thép thích hợp vào vị trí thích hợp trong tiết diện của kết cấu bê tông thì khả năng chịu lực của kết cấu mới sẽ tăng lên rất nhiều

Hai vật liệu trên khi kết hợp với nhau trở thành một loại vật liệu xây dựng mới, phức hợp mà trong đó bê tông và cốt thép đã liên kết hợp lý với nhau để cùng làm việc trong một kết cấu, mang nhiều ưu điểm như : rẻ tiền hơn so với thép; chịu lực tốt hơn kết cấu gỗ và gạch đá; chịu lửa tốt hơn gỗ và thép; tuổi thọ công trình cao hơn; chi phí bảo dưỡng ít; tạo dáng cho kết cấu thực hiện dễ dàng …

Bê tông và cốt thép cùng làm việc được với nhau là do sự dính bám giữa tốt bê tông và cốt thép, nên ứng lực có thể truyền từ bê tông sang cốt thép và ngược lại Lực dính có ý nghĩa hàng đầu, nhờ đó có thể khai thác hết khả năng chịu lực của cốt thép, hạn chế bề rộng khe nứt …Giữa bê tông và cốt thép lại không xảy ra phản ứng hóa học có hại, ngược lại bê tông có độ đặc chắc, bao bọc bảo vệ cốt thép không bị rỉ do tác động của môi trường Một lý do nữa là bê tông và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau (αct=1,2.10-5; αb=10-5 – 1,5.10-5) nên khi nhiệt độ thay đổi trong phạm vi thông thường dưới 100oC thì ứng suất (ban đầu) xảy ra trong vật liệu không đáng kể

1.2 Các sự cố của kết cấu BTCT

1.2.1 Một số khái niệm liên quan đến sự cố công trình xây dựng

Định nghĩa sự cố: 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

Theo định nghĩa này, sự cố có thể được phân chi tiết hơn thành các loại sau:

- Sự cố sập đổ: bộ phận công trình hoặc toàn bộ công trình bị sập đổ phải dỡ bỏ

để làm lại;

- Sự cố về biến dạng: Nền, móng bị lún; kết cấu bị nghiêng, vặn, võng…

làm cho công trình có nguy cơ sụp đổ hoặc không thể sử dụng được bình thường, phải sửa chữa mới dùng được;

- Sự cố sai lệch vị trí: Móng, cọc móng sai lệch vị trí, hướng; sai lệch vị

trí quá lớn của kết cấu hoặc chi tiết đặt sẵn… có thể dẫn tới nguy cơ sụp đổ hoặc không sử dụng được bình thường phải sửa chữa hoặc thay thế;

- Sự cố về công năng: công năng không phù hợp theo yêu cầu; chức năng

chống thấm, cách âm, cách nhiệt không đạt yêu cầu; thẩm mỹ phản cảm… phải sửa chữa, thay thế để đáp ứng công năng của công trình

(a) Toàn cảnh khu nhà chờ 2E - Sân bay

Charles de Gaulle sau khi đổ sập ngày

Hình 1.3: Các sự cố công trình xảy ra trong nước và trên thế giới

1.2.2 Một số nguyên nhân sự cố thường gặp

1.2.2.1 Giai đoạn khảo sát xây dựng

Các sai sót trong hoạt động khảo sát xây dựng thường biểu hiện ở các khía cạnh sau:

- Không phát hiện được hoặc phát hiện không đầy đủ quy luật phân bố không gian (theo chiều rộng và chiều sâu) các phân vị địa tầng, đặc biệt các đất yếu hoặc các đới yếu trong khu vực xây dựng và khu vực liên quan khác;

- Đánh giá không chính xác các đặc trưng tính chất xây dựng của các phân vị địa tầng có mặt trong khu vực xây dựng; thiếu sự hiểu biết về nền đất hay do công tác khảo sát địa kỹ thuật sơ sài Đánh giá sai về các chỉ tiêu cơ lý của nền đất;

- Không phát hiện được sự phát sinh và chiều hướng phát triển của các quá trình địa kỹ thuật có thể dẫn tới sự mất ổn định của công trình xây dựng;

- Không điều tra, khảo sát công trình lân cận và các tác động ăn mòn của môi trường…

Những sai sót trên thường dẫn đến những tốn kém khi phải khảo sát lại (nếu phát hiện trước thiết kế), thay đổi thiết kế (phát hiện khi chuẩn bị thi công) Còn nếu không phát hiện được thì thiệt hại là không thể kể được khi đã đưa công trình vào sử dụng

1.2.2.2 Giai đoạn thiết kế xây dựng

* Thiết kế nền móng

Những sai sót thường gặp:

- Không tính hoặc tính không đúng độ lún công trình;

- Giải pháp nền móng sai;

- Quá tải đối với đất nền

Quá tải đối với đất nền là trường hợp đối với tiêu chuẩn giới hạn thứ nhất (về

độ bền) đã không đạt Thường xảy ra đối với các lớp đất yếu hoặc thấu kính bùn xen kẹp, và một số trường hợp đất đắp tôn nền không được xem là một loại tải trọng, cùng với tải trọng của công trình truyền lên đất nền bên dưới và gây cho công trình những độ lún đáng kể (xem hình1.4)

- Độ lún của các móng khác nhau dẫn đến công trình bị lún lệch;

- Móng đặt trên nền không đồng nhất;

- Móng công trình xây dựng trên sườn dốc

Hình 1.4: Nền bị lún do tải trọng của lớp đất đắp, tôn nền

* Thiết kế kết cấu công trình

b) Sai sót sơ đồ tính toán

Trong tính toán kết cấu, do khả năng ứng dụng mạnh mẽ của các phần mềm phân tích kết cấu, về cơ bản, sơ đồ tính toán kết cấu thường được người thiết kế lập giống công trình thực cả về hình dáng, kích thước và vật liệu sử dụng cho kết cấu Tuy nhiên, việc quá phụ thuộc vào phần mềm kết cấu cũng có thể gây ra những sai lầm đáng tiếc trong tính toán thiết kế

c) Bỏ qua kiểm tra điều kiện ổn định của kết cấu

Khi tính toán thiết kế, đối với những thiết kế thông thường, các kỹ sư thiết kế thường tính toán kiểm tra kết cấu theo trạng thái giới hạn thứ nhất Tuy nhiên, trong trạng thái giới hạn thứ nhất chỉ tính toán kiểm tra đối với điều kiện đảm bảo khả năng chịu lực, bỏ qua kiểm tra điều kiện ổn định của kết cấu Đối với những công trình có quy mô nhỏ, kích thước cấu kiện kết cấu không lớn thì việc kiểm tra theo điều kiện ổn định có thể bỏ qua Tuy nhiên, đối với các công trình có quy mô không nhỏ, kích thước cấu kiện lớn thì việc kiểm tra theo điều kiện ổn định là rất cần thiết

Hình 1.5: Vì kèo sập đổ hoàn toàn do tải trọng mái vượt khả năng chịu lực

của vì kèo e) Bố trí cốt thép không hợp lý

Trong kết cấu BTCT, cốt thép được bố trí để khắc phục nhược điểm của

bê tông là chịu kéo kém

Việc bố trí cốt thép không đúng sẽ dẫn đến bê tông không chịu được ứng

suất và kết cấu bị nứt

f) Giảm kích thước của cấu kiện BTCT

Trong cấu kiện BTCT tại những vùng có lực cắt mà giảm bớt tiết diện, sẽ

làm giảm khả năng chịu lực cắt của cấu kiện

Ví dụ: để giảm trọng lượng của dầm người ta đã khoét bỏ những lỗ trên

dầm bê tông (nhìn theo chiều đứng), các lỗ này được khoét sát đến đầu dầm là

vùng có lực cắt lớn, tiết diện còn lại và cốt thép không đủ khả năng chịu lực cắt,

dầm đã xuất hiện các vết nứt

g) Thiết kế sửa chữa và cải tạo công trình cũ

Trong quá trình sử dụng và khai thác công trình, mục đích sử dụng nhiều khi có những thay đổi so với thiết kế ban đầu, để đáp ứng nhu cầu sử dụng thì

phải sửa chữa, cải tạo, nâng cấp công trình hiện có để thay đổi tính năng, quy mô

đáp ứng được chức năng mới mà sử dụng yêu cầu Trong quá trình thiết kế,

nhiều khi các nhà thiết kế đã không xác định tuổi thọ còn lại của công trình cần

cải tạo, tuổi thọ phần công trình để lại của công trình cải tạo, xem tuổi thọ của

chúng còn tương đương với tuổi của phần công trình được nâng cấp cải tạo hay không nên đã dẫn đến tình trạng tuổi thọ của từng phần công trình được cải

tạo không đồng đều đưa đến tuổi thọ của toàn bộ công trình bị giảm

h) Những nguyên nhân liên quan đến môi trường

Một trong những vấn đề nóng cần bàn tới trong mối quan hệ giữa chất

lượng công trình và an toàn môi trường là những can thiệp “thô bạo” của các đồ

án thiết kế gây ra những bất ổn cho sự làm việc an toàn của công trình trong suốt tuổi thọ của nó Vốn dĩ vỏ trái đất này đã tồn tại ổn định hàng triệu triệu năm Người thiết kế đã vô tình và phần lớn là cố ý vì những mục đích hẹp hòi

đã tạo cho một phần của vỏ trái đất bị biến dạng gây mất ổn định cục bộ Sự mất ổn định này sẽ làm xuất hiện một xu thế đi tìm sự cân bằng mới Quá trình này đôi khi thực sự “khốc liệt” và sẽ không có điểm dừng một khi trạng thái cân bằng mới không được tái lập (xem hình 1.6) Vì vậy, trong các dự án xây dựng có ảnh hưởng tới môi trường thường được xem xét rất chi tiết vấn đề

an toàn môi trường Song, do những nhận thức còn hạn hẹp về vai trò của an toàn môi trường trong sự bền vững của công trình xây dựng và thực trạng chỉ coi trọng lợi ích trước mắt, công trình xây dựng đã, đang và sẽ bị thiên nhiên tác động phá hoại và làm hao tổn tuổi thọ

Hình 1.6: Sạt taluy dương do bạt núi làm đường i) Những nguyên nhân về thiết kế liên quan đến môi trường ăn mòn

Những sai sót của người thiết kế dẫn đến công trình xây dựng bị sự cố do tác động ăn mòn của môi trường như:

- Quy định sai về chiều dày lớp bảo vệ;

- Sử dụng mác bê tông thấp không đảm bảo khả năng ngăn chặn sự ăn mòn của môi trường;

- Không sử dụng các biện pháp cần thiết để tăng khả năng chống ăn mòn cho kết cấu

j) Các trường hợp khác

- Khi tính toán, một số quan niệm tính toán không thích hợp với điều kiện thực

tế thi công, nhưng người thiết kế không chú thích rõ ràng đầy đủ nên trong bản vẽ thiết kế thi công không chi tiết để người thi công thực hiện, ví dụ: thi công hố đào;

- Không có biện pháp cấu tạo để công trình chịu sự thay đổi của nhiệt độ, khi nhiệt độ thay đổi làm kết cấu bị co giãn, công trình bị nứt ở kết cấu chịu tác động của nhiệt, tạo điều kiện cho các tác nhân khác ăn mòn kết cấu dẫn đến kết cấu bị hư hỏng

1.2.2.3 Giai đoạn thi công xây dựng

Trong thi công, nhà thầu không thực hiện đúng các quy trình quy phạm kỹ thuật đã dẫn đến sự cố công trình xây dựng:

- Không kiểm tra chất lượng, quy cách vật liệu trước khi thi công;

- Không thực hiện đúng trình tự các bước thi công;

- Vi phạm các quy định về điều kiện năng lực, quản lý kỹ thuật thi công

Trong cuộc đấu thầu gần đây, nhiều công trình có giá trúng thầu rất thấp so

với giá dự toán được duyệt Thậm chí có những nhà thầu bỏ thầu thấp hơn rất nhiều so với chi phí cần thiết Vì vậy khi thực hiện thi công xây lắp các nhà thầu

đã giảm mức chất lượng, chủng loại, xuất xứ, đưa các thiết bị, vật liệu chất lượng kém vào trong công trình và tìm cách bớt xén các nguyên vật liệu để bù chi phí và có một phần lợi nhuận

Chất lượng biện pháp thi công:

Trong hồ sơ đấu thầu xây lắp, hầu hết các nhà thầu đều đưa ra được phần thuyết minh biện pháp thi công hoàn hảo với một lực lượng lao động hùng hậu, thực tế lại không như vậy Lực lượng công nhân phổ biến ở các công trường hiện nay hầu hết là thợ “nông nhàn” Việc sử dụng lực lượng lao động này là một điều rất đáng lo ngại, không những ảnh hưởng tới chất lượng công trình mà còn có nguy cơ để xảy ra tai nạn lao động nhiều nhất (một sự cố xảy ra giữa năm

1998 làm chết 5 người và 11 người bị thương đều là những người thợ xây dựng

“bất đắc dĩ ” đó) Bên cạnh đó, đội ngũ cán bộ quản lý kỹ thuật cũng được sử dụng không đúng với chuyên môn Nhiều kỹ sư vật liệu trẻ mới ra trư- ờng không có việc làm lại được thuê làm kỹ thuật giám sát kiểm tra thi công cọc khoan nhồi mà khi hỏi các kỹ sư này không hiểu cọc khoan nhồi là gì? Chính vì

sử dụng những lực lượng lao động như vậy đã làm cho công trình không đảm bảo chất lượng

Vi phạm khá phổ biến trong giai đoạn thi công là sự tùy tiện trong việc lập biện pháp và quy trình thi công Những sai phạm này phần lớn gây đổ vỡ ngay trong quá trình thi công và nhiều sự cố gây thương vong cho con người cũng như sự thiệt hại lớn về vật chất

1.3 Kết luận chương

Bê tông cốt thép (BTCT) là vật liệu được sử dụng phổ biến làm kết cấu chịu lực chính trong công trình xây dựng, nhất là các công trình lớn như cầu, đập, nhà cao tầng… Tuy nhiên, một trong các vấn đề thường gặp ở kết cấu BTCT là sự xuất hiện vết nứt trong các cấu kiện BTCT kể cả giai đoạn thi công và trong quá trình sử dụng Theo khảo sát gần đây, sự xuất hiện của vết nứt trong các cấu kiện BTCT ở các công trình xây dựng ngày càng phổ biến và hình thái của vết nứt thì đa dạng

Nứt bêtông là hiện tượng thường gặp trong công trình xây dựng Các vết nứt trong bêtông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà bản chất là đặc tính của

vật liệu trong khâu sản xuất, thi công và khả năng chịu kéo kém của bêtông khi kết cấu làm việc Các vết nứt trông thấy thường liên quan đến khả năng các vết nứt này tạo điều kiện dễ dàng cho sự xâm nhập của các tác nhân xâm thực vào bêtông và tiếp cận cốt thép, dẫn đến huỷ hoại cấu trúc chịu lực của vật liệu

Trong quá trình thi công và sử dụng, hiện tượng nứt BTCT làm ảnh hưởng bất lợi đến tính bền vững công trình, gây thấm, hỏng những kết cấu liền

kề, đặc biệt ở nước ta nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới nóng ẩm quanh năm Nhiều công trình xây dựng sử dụng kết cấu BTCT quy mô lớn như cầu, nhà cao tầng, các công trình lớn, công trình công nghiệp, đập thuỷ điện, móng silo … đòi hỏi tính bền vững và ổn định công trình cao, việc xuất hiện vết nứt tại các kết cấu BTCT gây nhiều bất lợi không chỉ về mặt kỹ thuật mà còn ảnh hưởng đến kinh tế, gây nên tâm lý không tốt cho người sử dụng và xã hội Việc giải quyết và khắc phục triệt

để sự cố nứt này thường rất tốn kém và khó thực hiện

Luận văn tập trung nghiên cứu về nứt kết cấu BTCT do yếu tố thiết kế gây

ra Việc tổng hợp thông tin, các nghiên cứu trong và ngoài nước, phân tích các nguyên nhân gây nứt và đưa ra những giải pháp để hạn chế và phòng tránh vết nứt kết cấu

bê tông và BTCT sẽ đem lại cái nhìn tổng quan, những trường hợp cụ thể có thể áp dụng cho thực tế thi công các công trình xây dựng

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NỨT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG

CỐT THÉP 2.1 Định nghĩa vết nứt

2.1.1 Định nghĩa

Các khuyết tật bê tông có thể dễ dàng quan sát và xác định cụ thể bằng mắt thường, hoặc phải sử dụng máy móc thiết bị Tuy nhiên, có thể nhận thấy các khuyết tật phổ biến trong bê tông xi măng bao gồm: nứt nẻ (cracking), phồng rộp bề mặt (blister), rạn nứt (chân chim) (crazing), rỗ tổ ong (honeycombing), cong vênh (curling), tách lớp (delamination), hiện tượng trắng mặt (dusting), nứt vỡ (spalling)

2.1.1.1 Nứt nẻ

Nứt bê tông là hiện tượng thường gặp trong công trình xây dựng Các vết nứt trong bê tông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà bản chất là khả năng chịu uốn kém của bê tông Các vết nứt trông thấy được thường gặp khi ứng suất uốn lớn hơn khả năng (cường độ) bền uốn của bê tông Vết nứt thường xuất hiện khoảng vài giờ sau khi đổ bê tông, trong khi bê tông còn ở trạng thái dẻo và cường độ của bê tông do thủy hóa xi măng gần như không đáng kể Theo thời điểm hình thành, vết nứt trong bê tông có thể phân thành 2 loại chính sau:

- Vết nứt hình thành trong quá trình cố kết của bê tông do tốc độ cố kết khác nhau của các thành phần bê tông và do sự ngăn cản cục bộ bởi cốt thép hay các cốt liệu lớn Các vết nứt dạng này thường xuất hiện khoảng nửa giờ đến 3 giờ sau khi

đổ bê tông và thường phát triển dọc theo hệ thống lưới thép trong sàn

- Vết nứt hình thành trong quá trình co ngót của bê tông khi sự co ngót này bị ngăn cản bởi sự co ngót không đều gây mất ổn định thể tích Các vết nứt dạng này

có thể xuất hiện song song và cách nhau từ 100 600mm, nhưng thông thường không theo khuôn mẫu nào cố định

Chiều dài vết nứt có thể từ 0,25 2m, và thông thường khoảng 300 600mm (hình 2.1) Bề rộng vết nứt tại bề mặt có thể đến 3mm, thường chỉ phát triển đến độ sâu của cốt thép Tuy nhiên, dưới tác động của hiện tượng co ngót sau này của kết cấu

bê tông, chúng có thể phát triển xuyên suốt chiều dày sàn

Hình 2.1 Vết nứt hình thành trong quá trình co ngót

Vết nứt được phân loại như sau:

* Theo nguyên nhân xuất hiện:

a Vết nứt do tác động của ngoại lực trong quá trình sử dụng;

b Vết nứt do tác động của cốt thép ứng lực trước lên bê tông;

c Vết nứt công nghệ do co ngót bê tông, do mức độ đầm vữa bê tông kém, chưng hấp bê tông không đều, do chế độ nhiệt - ẩm;

d Vết nứt hình thành do cốt thép bị ăn mòn

* Theo mức độ nguy hiểm:

a Vết nứt chứng tỏ tình trạng nguy hiểm của kết cấu;

b Vết nứt làm tăng độ thấm nước của bê tông (ở tường tầng hầm);

c Vết nứt làm giảm tuổi thọ kết cấu do cốt thép hoặc bê tông bị ăn mòn mạnh;

d “Vết nứt thường” không gây nguy hiểm cho kết cấu (bề rộng vết nứt thường không vượt quá giá trị giới hạn cho phép của tiêu chuẩn)

Quá trình xuất hiện vết nứt trong bê tông liên quan chặt chẽ đến tốc độ thoát hơi nước bề mặt và tốc độ nước dâng lên bề mặt

Tốc độ thoát hơi nước bề mặt phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm không khí, vận tốc gió và nhiệt độ bê tông Tốc độ này có thể được xác định theo công thức [2.1]:

E= 5 x ([Tbt+18]2.5 – r x [Tkk+182.5]) (V+4) x 10-6 (2.1) trong đó: E - tốc độ thoát hơi nước bề mặt (kg/m2/h); V - vận tốc gió (km/h);

Tbt, Tkk - nhiệt độ của bê tông và không khí (0C);

r - độ ẩm không khí (%)

Ví dụ: Khi nhiệt độ của bê tông và không khí là 300C, độ ẩm không khí 70% và vận tốc gió 15 km/h (~ 4 m/s), tốc độ thoát hơi nước bề mặt khoảng 0,7 kg/m2/h

+ Tốc độ nước dâng lên trên bề mặt: Khi bê tông còn ở trạng thái dẻo, dưới tác dụng của trọng lực, các thành phần nặng hơn trong bê tông sẽ cố kết, đẩy nước trong bê tông lên bề mặt Tốc độ, tổng lượng và thời gian kéo dài của hiện tượng nước dâng lên bề mặt phụ thuộc vào thành phần và cấp phối bê tông, chiều dày kết cấu Hiện tượng nước dâng lên bề mặt vừa có ảnh hưởng tích cực và tiêu cực đến kết cấu bê tông:

- Tích cực: Thay thế nước bay hơi và do đó ngăn cản sự hình thành vết nứt do

bê tông bề mặt bị khô trước khi bê tông đủ độ cứng cần thiết

- Tiêu cực: Việc nước tập trung ở bề mặt bê tông sẽ làm tăng tỷ lệ nước/xi măng ở vùng này và do đó làm giảm cường độ, độ chống thấm, độ chống mài mòn, độ dính bám của cốt thép vào bê tông,… Và đây cũng là nguyên nhân của vết nứt hình thành trong quá trình cố kết của bê tông trình bày ở trên

Nói chung, sự hình thành vết nứt bê tông khá đa dạng, phức tạp cả về hình dạng, nguyên nhân cũng như thời gian xuất hiện Theo [1], có thể phân loại các vết nứt bê tông theo bảng sau (bảng 2.1)

Bảng 2.1: Phân loại các vết nứt bê tông

Kiểu nứt Dạng nứt Nguyên nhân chủ yếu Thời gian xuất hiện

cốt thép

Cấp phối thiết kế kém dẫn

Sinh nhiệt nhiều, chênh

hay mạng rộng

Nước trộn quá nhiều, khe

co giãn không hiệu quả, khoảng cách đổ bê tông

lượng thấp

Sau 1 hay vài mùa

đông

Rỉ cốt thép Phía trên cốt thép Lớp bảo vệ không đủ, bị

Phản ứng

kiểm cốt

liệu

Vùng hay ứng suất dài dọc theo phía ứng suất kém

Cốt liệu hoạt tính + hydroxit kiềm + độ ẩm

Thường sau 5 năm, tuy nhiên có thể là sau vài tuần nếu cốt liệu có hoạt tính cao Xâm thực

Sulphat trong hay ngoài bê tông thúc đẩy hình thành ettringit

1 đến 5 năm

2.1.1.2 Phồng rộp bề mặt

Hiện tượng phồng rộp bề mặt hay rỗ khí thường xuất hiện trên bề mặt bê tông, đặc biệt đối với cấu kiện thành mỏng (khó khăn trong công tác đầm dùi), các mạch mao dẫn chưa bị phá vỡ do đó lượng nước thừa (lượng nước bốc thành hơi trong quá trình nhiệt thủy hóa) và lượng bọt khí (do bị cuốn khí, khoảng 1,5% với bê tông thường) trong bê tông chưa được thoát ra ngoài; dưới tác động của nhiệt độ các thành phần này dần chuyển hóa và bị bay hơi làm xuất hiện các “bọc không khí’’ trong bê tông

Hình 2.2 Hiện tượng bê tông bị bọt khí 2.1.1.3 Rạn nứt

Xuất hiện dưới dạng 1 mạng lưới các vết nứt trên bề mặt bê tông có kích thước tương đối nhỏ với chiều dài mỗi vết nứt dưới 50mm, khó quan sát được khi bê tông khô

Ngay trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển cường độ, khi điều kiện thời tiết không thuận lợi cho quá trình co ngót và dưỡng ẩm bê tông như độ ẩm thấp, nhiệt độ không khí cao, gió hanh khô hoặc tổng hợp của các yếu tố trên là nguyên nhân thúc đẩy quá trình thoát nước bề mặt, trong khi đó bê tông vẫn cần hàm lượng nước nhất định để quá trình thủy hóa xảy ra

Đây là nguyên nhân chính thúc đẩy sự hình thành của các vết rạn nứt

Hiện tượng này thường không ảnh hưởng nghiêm trọng tới khả năng làm việc của kết cấu bê tông vì các vết rạn nứt thường không sâu và chưa vào tới cốt thép Thuật ngữ “nứt chân chim’’ thường được sử dụng để mô tả khuyết tật này

Hình 2.3: Các vết rạn nứt trên cấu kiện BTCT 2.1.1.4 Rỗ tổ ong

Rỗ tổ ong đề cập đến sự tồn tại của các lỗ rỗng trong bê tông do vữa không lấp đầy được các khoảng trống giữa các hạt cốt liệu thô Nó xuất hiện ngay sau khi tháo

dỡ ván khuôn và tồn tại ở 3 dạng chính:

- Rỗ ngoài (hay gọi là rỗ mặt): mặt bê tông có hình dạng như tổ ong, chỉ xuất hiện thành những lỗ nhỏ ở mặt ngoài chưa vào tới cốt thép

- Rỗ sâu: lỗ rỗng sâu tới tận cốt thép

- Rỗ thấu suốt: lỗ rỗ xuyên qua kết cấu, từ mặt này sang mặt kia

Có khá nhiều nguyên nhân gây ra khuyết tật rỗ tổ ong và chủ yếu tồn tại trong giai

đoạn thi công:

- Do vữa bê tông bị phân tầng trong quá trình vận chuyển, đổ và đầm bê tông;

- Do độ dày của bê tông quá lớn vượt quá phạm vi ảnh hưởng tác dụng của đầm;

- Do vữa bê tông trộn không đều, vữa bê tông quá khô hay bị mất nước xi măng trong quá trình vận chuyển (thiết bị vận chuyển không kín khít) hay ván khuôn không kín khít khi đầm sẽ bị mất nước

- Do đầm không kỹ nhất là lớp vữa bê tông giữa cốt thép chịu lực và ván khuôn (lớp bảo vệ) hay do máy đầm có sức rung quá yếu; cấp phối bê tông không lèn chặt

- Cốt thép quá dày làm cốt liệu không lọt được xuống dưới hay do cốt liệu lớn không đúng quy cách (kích thước cốt liệu quá lớn)

Sự xuất hiện rỗ tổ ong sẽ làm tiết diện chịu lực tại vị trí rỗ thu hẹp do đó giảm khả năng chịu lực của kết cấu, tạo điều kiện thuận lợi cho môi trường xâm thực vào phá hoại cốt thép, phá hoại liên kết giữa bê tông và cốt thép

Hình 2.4: Hiện tượng rỗ tổ ong cấu kiện BTCT 2.1.1.5 Cong vênh

Cong vênh là hiện tượng các góc, cạnh của kết cấu bê tông bị biến dạng (co ngót) do sự chênh lệch về độ ẩm và nhiệt độ giữa lớp trên và lớp dưới của kết cấu bê tông (sàn, bản mỏng…) Đặc biệt khi ứng suất gây biến dạng lớn hơn độ bền uốn của

bê tông thì các vết nứt sẽ hình thành và phát triển; sự tồn tại của vết nứt lúc này sẽ làm giảm ứng suất gây biến dạng

Hình 2.5: Hiện tượng cong vênh sàn do co ngót

Trọng lượng sàn Moment uốn gây ra

2.1.1.6 Tách lớp

Tách lớp tương tự như hiện tượng phồng rộp blister, các mảng vữa xi măng

bề mặt bị bong tróc và tách khỏi kết cấu bê tông do kết quả của quá trình thoát hơi nước và bọt khí Tuy nhiên, so với blister thì diện tích lớp hơi nước và bọt khí trong trường hợp này lớn hơn, nó tích tụ thành các mảng, miếng và tạo thành một phân lớp trong kết cấu bê tông

Thông thường tương đối khó để phát hiện dấu hiệu của khuyết tật này kể từ khi

nó xuất hiện cho đến khi nó bị phá hủy, chỉ sau khi bề mặt bê tông khô và khu vực tách lớp bị phá vỡ bởi ngoại lực với chiều dày của các mảng vữa xi măng nằm trong khoảng từ 3-5mm Bên cạnh đó, hiện tượng bong tróc cũng có thể là kết quả của ứng suất kéo sinh ra trong quá oxy hóa kết cấu thép trong bê tông

Hình 2.6: Hiện tượng bong tróc 2.1.1.7 Hiện tượng trắng mặt (phấn hóa)

Hiện tượng trắng mặt hay bụi bê tông là hiện tượng xuất hiện lớp bột xi măng do sự tan rã của của bề mặt bê tông sau khi ninh kết Bản chất của hiện tượng này như sau:

Thành phần chính của bê tông xi măng là chất kết dính vô cơ (xi măng), nước và các hạt hạt cốt liệu, khi tiến hành trộn các thành phần này với nhau sẽ xảy ra phản ứng giữa xi măng và nước, phản ứng này xảy ra cho đến khi bê tông đạt cường

độ (28 ngày); Với phương trình phản ứng như sau :

Ca2SiO4.4H2O + Ca(OH)2= = Ca2SiO4.4H2O + + Ca(OH)2 (2.2) Bên cạnh đó, trong quá trình diễn ra phản ứng thủy hóa của xi măng thì các hạt xi măng và thành phần cốt liệu sẽ trôi lơ lửng trong nước, do trọng lượng riêng lớn hơn nên các thành phần cốt liệu có xu hướng di chuyển xuống dưới, đẩy nước và một phần hạt xi măng lên phía trên tạo thành một lớp vữa xi măng với khả năng chịu mài mòn kém, khi chịu tác dụng của ngoại lực thì lớp vữa xi măng bị mài mòn dần, đồng thời thành phần xi măng trong lớp vữa sẽ bị tách bóc sinh ra lớp bụi xi măng trên bề mặt

Hiện tượng phấn hóa sẽ làm cho khả năng chịu mài mòn và độ cứng của bề mặt kết cấu bê tông giảm ảnh hưởng đến khả năng làm việc của cấu kiện, đặc biệt khi cấu kiện thường xuyên chịu tác dụng của lực kéo trên bề mặt

Hình 2.7: Hiện tượng phấn hóa ((Bụi xi măng) 2.1.1.8 Nứt vỡ

Nứt vỡ là một dạng khuyết tật bề mặt, thường xuất hiện dưới dạng hình tròn, hình ovan với độ sâu từ 25-150m và có thể lớn hơn Nguyên nhân chính là do quá trình các-bon-náthóa bê tông (carbonation), khí cacbon CO2 trong tự nhiên theo thời gian sẽ khuếch tán và xâm nhập vào trong bê tông và phản ứng với các chất kiềm có trong đó (kiềm thổ Ca, CaCO3, Ca(OH)2, MgCO3, kiềm trong Clinke…) làm vỡ màng cacbonat để tạo thành bicacbonat axit canxi dễ tan theo phản ứng:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 (2.3) Đồng thời lớp bê tông bảo vệ cũng bị mất dần đi những đặc tính cơ lý ban đầu làm cho cốt thép trong bê tông bị các tác nhân xâm nhập phá hủy (gỉ thép) gây nở thể tích, quá trình này sẽ sinh ra ứng suất làm nứt lớp bê tông Dấu hiệu của khuyết tật này cũng dễ dàng nhận ra, tại các vị trí xuất hiện thì bề mặt thường gồ ghề và có vết vỡ dạng vảy, thậm chí có thể thành các lỗ

Trong môi trường không khí, độ ẩm cao sắt dễ bị gỉ theo phản ứng sau đây:

làm việc của cấu kiện) thì hầu hết các khuyết tật còn lại mức độ ảnh hưởng của chúng là không đáng kể mà nguyên nhân chủ yếu là do ở chính đặc tính của bê tông (phát sinh nhiệt do quá trình thủy hóa xi măng, lượng nước thừa và bọt khí không được thoát ra ngoài), phản ứng hóa học giữa các thành phần khoáng trong bê tông gây phá hủy và làm mất ổn định thể tích, đặc biệt nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ không khí cao, độ ẩm thường là cao nhưng lại thay đổi thất thường nên khi xuất hiện vết nứt thì các tác nhân bên ngoài dễ dàng xâm thực phá hủy kết cấu Ngoài ra, dưới tác động của ngoại lực cũng có thể làm xuất hiện vết nứt, tùy thuộc vào loại kết cấu và ngoại lực tác dụng

Bảng 2.2: Các loại vết nứt và hình dạng vết nứt Loại vết

nứt Hình dáng vết nứt Cấu kiện bê tông cốt thép

2.1.2 Phương pháp nhận dạng các loại vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép

2.1.2.1 Phương pháp tiếp cận

Vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép là một đối tượng của cơ học rạn nứt để nghiên cứu loại vết nứt và những điều kiện phát sinh ra chúng Nhiều đề tài chọn khía cạnh phân tích toán học và cơ học về các phương trình của bài toán vết nứt để từ đó tìm ra các áp dụng phong phú đối với bài toán ngược trong cơ học vật rắn biến dạng Vết nứt cũng trở thành mục tiêu nghiên cứu của cơ học phá hủy Vết nứt được coi là một mặt gián đoạn vật chất mà đi qua nó, trường chuyển vị chịu một bước nhảy Sự gián đoạn vuông góc được gọi là độ mở của vết nứt Thành phần này luôn luôn không âm vì

độ mở là có thật và vectơ lực kéo T tác động lên hai bờ của vết nứt là triệt tiêu (khi đã nứt là hết lực kéo) Trong lĩnh vực xây dựng, vết nứt với độ mở, hình dạng và vị trí của vết nứt cũng nói lên nhiều điều mà câu hỏi thường đặt ra là nguyên nhân gây nên những vết nứt này là do đâu và mức độ ảnh hưởng của nó như thế nào? Trả lời được các câu hỏi này không đơn giản Nhưng một khi đã có phương pháp luận, có chuyên gia kinh

nghiệm cùng một tập thể sáng tạo, mọi việc trở nên thuận lợi hơn

Thông thường khi nghiên cứu các vết nứt trong kết cấu BTCT, các chuyên gia thường tiếp cận theo hai hướng như sau:

a) Theo nguyên nhân xuất hiện:

- Vết nứt do khả năng chịu lực của kết cấu trước tác động của tải trọng bản thân và ngoại lực;

- Vết nứt do tác động của cốt thép ứng lực trước lên bê tông;

- Vết nứt do công nghệ thi công, do co ngót bê tông, do bảo dưỡng bê tông, do chế độ nhiệt-ẩm, do cấp phối của vữa bê tông;

- Vết nứt hình thành do cốt thép bị ăn mòn

b) Theo mức độ nguy hiểm:

- Vết nứt chứng tỏ tình trạng nguy hiểm của kết cấu;

- Vết nứt làm tăng độ thấm nước của bê tông (ở tường tầng hầm);

- Vết nứt làm giảm tuổi thọ kết cấu do cốt thép hoặc bê tông bị ăn mòn mạnh;

- Vết nứt có thể chấp nhận cho tồn tại vì không gây nguy hiểm cho kết cấu hoặc không ảnh hưởng tới độ bền lâu (bề rộng vết nứt thường không vượt quá giá trị giới hạn cho phép của tiêu chuẩn có thể gây ăn mòn cốt thép hoặc bê tông)

2.1.2.2 Phương pháp nhận dạng

a) Đặc điểm chung

Nghiên cứu đặc điểm của vết nứt và sự mở rộng của chúng trong phần lớn trường hợp có thể xác định được nguyên nhân hình thành vết nứt cũng như đánh giá được mức độ nguy hiểm của kết cấu

Các vết nứt do tác động của lực thường xuất hiện theo phương vuông góc với ứng suất kéo chính

Vết nứt do co ngót bê tông trong các kết cấu phẳng thường phân bố theo thể tích, còn trong các kết cấu có hình dạng phức tạp thường tập trung ở những chỗ giáp nhau (như ở chỗ tiếp giáp giữa sườn và cánh trong bản sàn, trong dầm chữ T…) Vết nứt do ăn mòn dọc theo cốt thép bị ăn mòn

b) Một số tình huống cụ thể

* Vết nứt trong bản sàn toàn khối

Vết nứt trong bản sàn do tác động của lực gây nên phụ thuộc vào sơ đồ tính của bản: loại và đặc trưng của tác động, cách đặt cốt thép và tỉ lệ giữa các nhịp Khi đó, vết nứt xuất hiện theo phương vuông góc với ứng suất kéo chính

CHÚ DẪN: a, b, c, e - Chịu tải trọng phân bố đều; d – Chịu tải trọng tập trung

Hình 2.9 Vết nứt do tác động của lực trong bản sàn

Những nguyên nhân gây nên sự mở rộng vết nứt do tác động của lực thường là

do bản sàn bị quá tải, độ võng lớn, không đủ cốt thép chịu lực, bố trí thép không đúng hoặc thi công sai so với thiết kế (lưới thép bị dịch xuống gần trục trung hòa)

* Vết nứt trong sàn panel lắp ghép

Các panel sườn lắp ghép loại chữ V và 2T là kết cấu tổ hợp từ dầm (sườn) và bản Vì vậy, đặc trưng hình thành vết nứt trong loại kết cấu này do tải trọng sử dụng không khác trong dầm và bản sàn (Hình 2.10) Mặt khác, do hình dáng phức tạp, đặt cốt thép dày nên khi sản xuất panel thường có những khuyết tật công nghệ dưới dạng vết vỡ và vết nứt do co ngót như: các vết nứt dọc theo cốt thép, do bê tông được đầm không liên tục; vết nứt do biến dạng khuôn, tỉ lệ xi măng : nước (X : N) lớn

Hình 2.10: Các vết nứt trong sàn panel lắp ghép (1 ÷ 4) do tác động của lực

* Vết nứt dầm có đặt cốt thép thường

Trong dầm thường xuất hiện những vết nứt thẳng góc hoặc vết nứt xiên với trục dọc cấu kiện Những vết nứt thẳng góc thường xuất hiện ở vùng chịu mô men uốn lớn nhất, còn những vết nứt xiên – ở vùng chịu ứng suất tiếp lớn nhất, gần gối tựa

Sự hình thành vết nứt trong dầm chủ yếu phụ thuộc vào sơ đồ tính của dầm, tiết diện ngang và trạng thái ứng suất trong dầm Trên Hình 2.11 thể hiện các vết nứt do tác động của lực trong dầm đơn giản và liên tục có tiết diện chữ nhật Đặc điểm điển hình là những vết nứt thẳng góc có bề rộng lớn nhất ở biên chịu kéo, trong khi những

vết nứt xiên – ở gần trọng tâm tiết diện

Những vết nứt thẳng góc có bề rộng lớn hơn 0,5 mm thường chứng tỏ dầm bị quá tải hoặc không bố trí đủ cốt thép chịu lực

Những vết nứt xiên, đặc biệt ở vùng neo cốt thép dọc chịu lực, được cho là nguy hiểm vì chúng có thể làm cho dầm gãy bất ngờ Nguyên nhân gây nên sự hình thành và mở rộng vết nứt xiên thường là chất lượng bê tông kém, bước cốt đai thưa, chất lượng hàn cốt thép dọc và cốt đai kém

Bảng 2.3: Vết nứt trong dầm bê tông cốt thép

Cường độ bê tông thấp

Dầm bị quá tải ở tiết diện nghiêng

4

Phá hoại neo cốt thép ứng lực trước: cường độ bê tông thấp, không đủ cường độ bê tông tại thời điểm trước khi nén trước bê tông

Trên Hình 2.11 thể hiện những vết nứt đặc trưng trong dầm ứng lực trước Trong Bảng 2.3 thể hiện những nguyên nhân có thể gây nên những vết nứt có bề rộng đáng kể

a) Dầm đặt cốt thép thường

b) Dầm cốt thép thường

c) Dầm ứng lực trước Hình 2.11: Vết nứt trong dầm

* Nứt trong cột bê tông cốt thép

Những vết nứt trong cột phụ thuộc chủ yếu vào trạng thái nén lệch tâm và đặc trưng của tải trọng tác dụng Ngoài ra, còn do ảnh hưởng của cường độ bê tông,

bố trí cốt thép, điều kiện đông cứng của bê tông… Khi tải trọng lệch tâm lớn, trong vùng kéo có thể hình thành các vết nứt ngang có bề rộng lớn (số 1, Hình 2.12) chứng

tỏ cột bị quá tải hoặc đặt cốt thép không đủ Khi độ lệch tâm nhỏ xuất hiện những vết nứt thẳng đứng (số 2) chứng tỏ thân cột bị quá tải hoặc cường độ bê tông thấp

Chất lượng hàn cốt thép dọc và cốt đai kém hoặc bước cốt đai lớn dẫn đến sự mất ổn định của cốt thép dọc chịu nén và xuất hiện các vết nứt số 3 Khi không có cốt gián tiếp ở vùng tập trung ứng suất ở đỉnh cột thường gây nên vết nứt thẳng đứng số 4

Vết nứt số 5 xuất hiện do xếp đặt, vận chuyển và cẩu lắp không đúng quy định; vết nứt số 6 – do ăn mòn cốt thép; vết nứt số 7 – vết nứt công nghệ

Các vết nứt được thể hiện trên Hình 2.12 chưa nêu được hết các trường hợp thường gặp trong thực tế Các vết nứt có thể xuất hiện do tác động động lực, tác động mạnh của lực cục bộ, hiện tượng lún nền móng Vì vậy, cần phải phân tích cẩn thận trước khi đưa ra kết luận về mức độ nguy hiểm do các vết nứt gây nên

Hình 2.12: Vết nứt trong cột bê tông cốt thép

2.2 Nguyên nhân gây nứt bê tông cốt thép

2.2.1 Nứt kết cấu BTCT do thiết kế

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố trong xây dựng công trình, xong những sự

cố thường gặp cần phân loại các nguyên nhân theo các giai đoạn hoạt động xây dựng

và các yếu tố khách quan và chủ quan như sau: Nguyên nhân do khảo sát, thiết kế Không có chứng chỉ khảo sát, thiết kế hoặc vượt cấp chứng chỉ Chất lượng khảo sát không đạt yêu cầu Tính toán thiết kế sai, không phù hợp Bố trí lựa chọn, địa điểm, lựa chọn phương án quy trình công nghệ, quy trình sử dụng không hợp lý phải bổ sung, sửa đổi, thay thế

a) Giai đoạn khảo sát xây dựng

Các sai sót trong hoạt động khảo sát xây dựng thường biểu hiện ở các khía cạnh sau:

Bố trí các lỗ khoan thăm rò không hợp lý, không biết hết các lớp đất chịu lực dưới đáy móng, không phát hiện được hoặc phát hiện không đầy đủ quy luật phân bố không gian (theo chiều rộng và theo chiều sâu) các phân vị địa tầng, đặc biệt các đất yếu hoặc các đới yếu trong khu vực xây dựng và khu vực liên quan khác;

Đánh giá sai các thành phần địa chất, không đánh giá chính xác các đặc trưng tính chất xây dựng của các phân vị địa tầng có mặt trong khu vực xây dựng; thiếu sự hiểu biết về nền đất hay do công tác khảo sát địa kỹ thuật sơ sài Đánh giá sai về các chỉ tiêu cơ lý của nền đất

Không phát hiện những chỗ đất yếu cục bộ và nguy hiểm như túi bùn, hồ ao giếng, hang hốc cũ Sự phát sinh và chiều hướng phát triển của các quá trình địa kỹ thuật có thể dẫn tới sự mất ổn định của công trình xây dựng

Không điều tra, khảo sát công trình lân cận và các tác động ăn mòn của môi trường,…

Những sai sót trên làm nền móng lún không đều, tạo trong móng những ứng suất kéo, ứng suất cắt vượt quá giới hạn tính toán dẫn đến phá hoại móng và các bộ phận khác của công trình

b) Giai đoạn thiết kế xây dựng

- Thiết kế kết cấu công trình

Sai sót về kích thước: Nguyên nhân của sai sót này là do sự phối hợp giữa các

nhóm thiết kế không chặt chẽ, khâu kiểm bản vẽ không được gây nên nhầm lẫn đáng tiếc xẩy ra trong việc tính toán thiết kế kết cấu công trình Cùng với sai sót đó là thiếu

sự quan sát tổng thể của người thiết kế trong việc kiểm soát chất lượng công trình

Sai sót sơ đồ tính toán: Trong tính toán kết cấu, do khả năng ứng dụng mạnh

mẽ của các phần mềm phân tích kết cấu, về cơ bản, sơ đồ tính toán kết cấu thường