KHỐNG CHẾ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN Mục lục KHỐNG CHẾ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN I Mục lục II CHƯƠNG 1: NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA NỨT NẺ VỀ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN 1.1 Ứng suất nhiệt bê tông 1.1.1 Nứt nẻ bề mặt 1.1.2 Nứt xuyên khối bê tông 1.2 Biện pháp giảm ứng suất nhiệt bêtông 1.2.1 Giảm lượng phát nhiệt bêtông 1.2.2 Hạ thất nhiệt độ đổ bê tông 1.2.3 Tăng tốc độ toả nhiệt bêtông CHƯƠNG 2: KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT Ở ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 2.1 Ứng suất ràng buộc bên 2.1.1 Hệ số ràng buộc đá: 2.1.2 Hệ số ràng buộc bê tông cũ: 2.2 Ứng suất ràng buộc bên 11 2.2.1 Ứng suất nhiệt ràng buộc bên khe thi công nằm ngang sinh 12 2.2.2 Mặt đập thượng hạ lưu phát sinh ứng suất nhiệt buộc bên 15 2.3 Khống chế nhiệt độ đập bêtông đầm lăn 18 2.4 Phân tích trình (biến hoá) thay đổi nhiệt độ 19 2.4.1 Những giả định dùng phương pháp Carlson để tính toán, phân tích mô hình: 21 2.4.2 Chiều dày tầng đổ bê tông biến hoá nhiệt độ 22 2.4.3 Tốc độ đổ bê tông biến hoá nhiệt độ 25 2.4.4 Làm lạnh trước không làm lạnh trước với trình thay đổi nhiệt độ 26 2.5 Khống chế nhiệt độ đập bê tông đầm lăn Trung Quốc 27 2.5.1 Lượng ciment dùng cho đơn vị 28 2.5.2 Khống chế nhiệt độ đổ bêtông đổ bêtông mùa nhiệt độ thấp 28 2.5.3 Nhân công làm lạnh để hạ nhiệt độ 29 2.5.4 Khống chế nhiệt độ thấp: 29 II CHƯƠNG 1: NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA NỨT NẺ VỀ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN 1.1 Ứng suất nhiệt bê tông Sự nứt nẻ bêtông nhiều nguyên nhân như: nhiệt độ, co nót, lún không đều, tính kiềm cốt liệu đá, sỏi biến dạng ván khuôn.v.v Nhưng bêtông khối lớn nghiêm tọng nứt nẻ nhiệt Vì việc phòng ngừa nứt nẻ nhiệt bêtông khối lớn (khối có kích thước 2,5 x 2,5 x 2,5 m trở lên) nhiệm vụ hàng đầu trình thi công Như biết trình đông kết bêtông, thuỷ hoá xi măng sinh lượng nhiệt lớn làm thể tích bêtông nở Mặt khác bêtông lại có tính dẫn nhiệt phải qua thời gian tương đối dài nhiệt bên bêtông toả nhiệt hết Quá trình toả nhiệt làm thể tích bêtông co lại Do chênh lệch nhiệt độ phân bố nhiệt phần khối bê tông khác làm cho khối bêtông chịu hai loại kiềm chế mà sinh nứt nẻ sau đây: 1.1.1 Nứt nẻ bề mặt Do chênh lệch nhiệt độ bên bên khối bêtông nhiệt độ bên bêtông chưa toả hết mà mặt bên khối bêtông nguội lạnh nhiệt độ môi trường bên thay đổi mà sinh ứng suất nhiệt (ngoài bị kéo bị nén) Khi ứng suất nhiệt lớn ứng suất chịu kéo cho phép làm mặt bêtông bị nứt nẻ (xem hình 1-1, 1-2) Hình 1-1 Phân bố ứng suất nhiệt tường Khu ứng suất nén Khu ứng xuất kéo Nứt nẻ bề mặt Hình 1-2 Nứt nẻ bề mặt nứt xuyên đập bê tông Nứt bề mặt Nứt xuyên Nứt nẻ bề mặt thường xuất sau đổ bê tông 1 tuần Ứng suất nhiệt độ bề mặt khối bêtông xác định theo công thức sau:  E T 1  Trong đó:  - ứng xuất kéo lớn phát sinh mặt khối bê tông (N/m ) -5  - Hệ số dãn nở nhiệt bêtông, thường (0,8  1) x 10 (1/ C) E - Môđuyn đàn hồi bê tông, thường (1,4  2,4) x 1010 (N/m2)  - Hệ số poát-xông, thường 1/6 T - Độ chênh lệch nhiệt độ bình quân khối bê tông với nhiệt độ khí trời (0C) 1.1.2 Nứt xuyên khối bê tông Sau đổ bê tông, thể tích khối bê tông nở nhiệt độ đạt đến trị số cao Sau nhiệt độ lại dần hạ xuống nhiệt độ ổn định môi trường bên Đồng thời với trình hẹ nhiệt độ khối bê tông co lại Nhưng giai đoạn bê tông đông cứng Phần đáy công trình bị đá mặt bê tông cũ kiềm chế mà không co lại tự được, sinh ứng suất kéo phần đáy công trình bị đá mặt bêtông cũ kiềm chế mà không co lại tự được, sinh ứng suất kéo phần đáy công trình ứng suất cắt mặt tiếp xúc (Xem hình 1-3, 1-4) Hình 1-3 Phân bố ứng xuất đáy khối bê tông Khu ứng suất nèn; Khu ứng xuất kéo; Khu ứng suất cắt Khi ứng suất kéo vượt ứng suất kéo cho phép, bê tông nứt nẻ Nứt nẻ trường hợp gọi nứt xuyên Nứt xuyên nguy hiểm, làm tính chỉnh công trình, không kịp thời phát xử lý công trình bị phá hoại Loại nứt xuyên thường khó phát thường sinh thời kỳ công trình vận hành Ứng suất nhiệt gây nứt xuyên xác định công thức sau:  EKR T 1  Trong đó: - Hệ số từ biến bêtông K = 0,5 - Hệ số kiếm chế bê tông Hệ số phụ thuộc vào kích thước khối bê tông (xem hình 1-4 bảng 1-1) Bảng 1-1 y/L 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 R 0,55 0,4 0,27 0,10 0,08 T = T1 + T2 - T3 T1 - nhiệt độ bêtông đổ (0C) T2 - nhiệt độ bêtông ximăng thuỷ hoá (0C) T3 - nhiệt độ ổn định khoảnh bê tông (0C) , E,  - nói Hình 1- L- Chiều rộng khối bê tông y- Khoảng cách biến đổi 1.2 Biện pháp giảm ứng suất nhiệt bêtông 1.2.1 Giảm lượng phát nhiệt bêtông a) Giảm lượng dùng ximăng biện pháp sau: - Dùng chất pha trộn thay phần xi măng bột than xỉ - Dùng bê tông khô - Tăng đường kính cốt liệu - Dùng chất phụ gia hoá dẻo, thuốc gia khí - Dùng bê tông độn đá bộc - Phân vùng ứng lực công trình, dùng mác bê tông khác - Dùng cấp phối hợp lý - Dùng cường độ bêtông thời kỳ cuối thiết kế công trình b) Thi công đập bêtông cách dùng khối bêtông đúc sẵn c) Dùng xi măng toả nhiệt 1.2.2 Hạ thất nhiệt độ đổ bê tông a) Dùng nước đá trộn bê tông b) Làm lạnh cốt liệu (đá, sỏi, cát) trước trộn bêtông c) Đổ bê tông lúc nhiệt độ khí trời thấp đổ bêtông vào mùa đông, mùa hè đổ bêtông vào ban đêm 1.2.3 Tăng tốc độ toả nhiệt bêtông a) Giảm chiều dày (chiều cao) khoảnh đổ… Bố trí khoảnh đổ để kéo dài thời gian gián cách khoảnh đổ khoảnh đổ b) Tăng diện tích mặt toả nhiệt c) Hạ thấp nhiệt độ mặt toả nhiệt tưới nước lạnh c) Tăng tốc độ toả nhiệt bên cách chôn đường ống dẫn nước lạnh, chừa giếng đứng khối bêtông (xem hình 1-5) Hình 1-5 Sơ đồ bố trí đường ống làm lạnh khối đổ CHƯƠNG 2: KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT Ở ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Đập bêtông từ thiết kế, thi công giai đoạn quản lý, ứng suất nhiệt đề mục nghiên cứu chủ yếu Ứng suất nhiệt đập bêtông đầm lăn, giống đập thông thường chia ứng suất ràng buộc nội Trong trình thi công nên ý khống chế nhiệt độ, đề phòng ứng suất nhiệt cao mà sinh nứt 2.1 Ứng suất ràng buộc bên Ứng suất ràng buộc bên bêtông đổ đá bêtông đổ cũ có chênh lệch nhiệt độ, chênh lệch đặc tính biến dạng tương ứng với thay đổi nhiệt độ dẫn đến ứng suất Bêtông đổ xong, vừa sinh thuỷ hoá nhiệt vừa đông kết, không tiến hành dùng nhân công để khống chế nhiệt trình thay đổi nhiệt độ, thể giống hình 2-1 Hình 2-1 Quá trình biến hoá nhiệt độ bê tông Nhiệt độ bêtông từ từ tăng lên, nguyên nhân toả nhiệt bề mặt, tăng lên nhiệt độ chậm đi, đến thời điểm sau đạt đến nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ lại từ từ hạ xuống Sau đạt đến trạng thái nhiệt độ ổn định cuối cùng, điều kiện nhiệt độ bên có tính chu kỳ định Ta thử phân tích hình vẽ 6-1 thể thay đổi ứng suất trình thay đổi nhiệt độ bêtông Trong trình nhiệt độ tăng lên, bêtông chịu ứng suất nén, vượt qua nhiệt độ cao nhất, bê tông bắt đầu co lại, chuyển thành ứng suất kéo nhiệt độ ổn định cuối dừng, ứng suất kéo tăng lên dần Trong tình hình chung trình cường độ bê tông tăng lên, hệ số nở theo tuyến tính (đường thẳng) không thay đổi, môđuyn đàn hồi thời gian dưỡng hộ ban đầu nhỏ, với tăng lên thời gian dưỡng hộ, mô đuyn đàn hồi lớn Ngoài nhiệt độ ổn định cuối nói chung thấp nhiệt độ cao nhất, lượng thay đổi nhiệt độ trị số âm Trong trường hợp cuối ứng suất bê tông ứng suất kéo Đồng thời môđuyn đàn hồi biến thành nhỏ nhiệt độ bê tông tăng lên, suy đoán ứng suất nén lúc nhỏ, cho ứng suất ràng buộc đá thông thường ứng suất kéo Do ràng buộc đá bê tông cũ, ứng suất  sinh bê tông là:  R.Ec. F 1  (2-1) Trong đó: R : Hệ số ràng buộc bê tông cũ hay đá Ec : môđuyn đàn hồi bêtông  : Hệ số nở tuyến tính bêtông F : Lượng thay đổi nhiệt độ  : Hệ số poát sông Dưới nói rõ thêm hệ số ràng buộc 2.1.1 Hệ số ràng buộc đá: Lượng vật lý ảnh hưởng đến hệ số ràng buộc đá có mô đuyn đàn hồi EC bêtông, môđuyn đàn hồi đá ER, chiều dài bêtông L, chiều cao H, vị trí (X.y) khối đổ, vào định lý  BucKingham, hệ số ràng buộc đá dùng hàm số sau để biểu thị: E H X Y  R  f  c , , ,   ER L L H  Giả thiết biến dạng bê tông hoàn toàn bị ràng buộc, ứng suất tồn bêtông là:   = Ec (F - ) = Ec F 1  K  EC H    E R L  (6-2) Đem công thức so sánh với công thức (6-1) cho thấy, hệ số ràng buộc đá R hàm số E H C ER L Từ thảo luận làm rõ, hệ số ràng buộc nèn đá to hay nhỏ, trực tiếp vào chiều dài L khối bê tông để định, mà phải vào tỷ lệ chiều dài chiều cao H/L để định Kết luận quan trọng Hình vẽ 6-2 biểu thị phận mặt tiếp xúc có ràng buộc lớn nhất, hệ số ràng buộc lớn bé tương ứng với H/L, EC/ER khác Từ hình vẽ 2-2 cho thấy: 1- Tỷ lệ chiều cao đổ bê tông chiều dài phân đoạn H/L nhỏ ràng buộc bên lớn 2- Tỷ lệ mô đuyn đàn hồi đá bê tông EC/ER nhỏ hệ số ràng buộc bên lớn 3- Hệ số ràng buộc bên ngoài, mặt đáy khối đổ lớn nhất, hướng ứng suất sinh song song với mặt đáy, vị trí khối đổ lên trên, hệ số ràng buộc nhỏ, khối đổ mà H/L lớn xu hướng rõ ràng cấu tạo đập tính tương đối nhỏ Nhưng loại vết nứt luôn xuất hiện, thường thường trở thành khởi đầu dẫn đến vết nứt ràng buộc bên Ngoài ảnh hưởng chiều dài khối bê tông không cần xem xét mà xem xét đến ràng buộc có khác chút đầu cuối Để đề phòng ràng buộc bên dẫn đến nứt, phải làm cho bậc thang nhiệt độ thay đổi không nhanh quá, phương pháp khống chế nhiệt độ quy nạp sau: (1) Thời gian nghỉ bêtông tầng phải giữ nhau, trước sau phải theo tốc độ để đổ bêtông bề mặt tầng đặc biệt phải tránh bộc lộ thời gian dài không khí để đề phòng phát sinh bậc thang nhiệt độ lớn (2) Tiến hành làm lạnh trước cốt liệu Khi không tiến hành làm lạnh trước, ứng suất nén phụ cận mặt tầng xấp "0" Khi nhiệt độ bên hạ thấp đột ngột, làm cho có khả xuất vết nứt Khi tiến hánh làm lạnh trước nhìn tổng thể giảm bớt bậc thang nhiệt độ đồng thời làm cho nhiệt độ bình quân tăng lên, dẫn đến ứng suất nhiệt thay đổi theo hướng ứng suất nén 2.2.2 Mặt đập thượng hạ lưu phát sinh ứng suất nhiệt buộc bên Trong kỳ lạnh giá thứ sau đổ bêtông, chênh lệch nhiệt độ phụ cận bề mặt bên thân đập lớn, đặc biệt tầng bê tông đổ vào mùa hạ lại bật Đối với tình hình này, đập Đảo Địa Xuyên giả thiết biến dạng theo mặt phẳng, ứng suất hướng trục đập mặt phẳng dùng phương pháp phần từ hữu hạn để tính toán, tính ứng suất kéo lớn nhát bề mặt 33Kgf/cm2 Trị số tính toán theo phương pháp đàn hồi để tính toán, giả định trạng thái nhiệt độ phát sinh thay đổi tức thời, tính xác cần phải nghiên cứu sâu Nhưng dự đoán mặt đập thượng lưu hạ lưu, phát sinh ứng suất kéo tương đối lớn Cần phải đặc biệt ý, trải qua thời gian dưỡng hộ tương đối dài (tích trữ) sẵn có cường độ tương đối cao, lại bộc lộ trường hợp Từ kết phân tích cho thấy: 15 (1) Bậc thang nhiệt độ tiến hành làm lạnh trước nhỏ so với bậc thang nhiệt độ không thực làm lạnh trước, lại tuỳ theo nhiệt độ bình quân tầng lên, ứng suất nén nhiệt ràng buộc bên lớn so sánh với ứng suất nhiệt tiến hành làm lạnh trước xem theo tổng thể ứng suất nhiệt thay đổi theo phương thức ứng suất nén (2) Nếu mặt tầng bê tông để lên tầng nữa, phải chịu ảnh hưởng toả nhiệt nó, tầng phát sinh nhiệt độ lên cao ứng suất nén nhiệt độ tăng lên ứng suất nhiệt độ phần tầng lại thay đổi (3) Khi xét đến thay đổi nhiệt độ không khí bên ngoài, mặt tầng có khả xuất tác động ứng suất kéo khả so với điều kiện bất lợi Từ điểm mà xét, gần Mỹ số nơi khác dùng vật liệu cách nhiệt, để bảo hộ bề mặt việc dễ hiểu Thông qua điều nói trên, biết phương pháp thi công đập bê tông đầm lăn, yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất nhiệt gồm: - Chiều dài chiều dày khối đổ bê tông - Thời gian đổ ngắt quãng - Nhân công làm lạnh trước Biện pháp khống chế nhiệt độ để đề phòng ràng buộc bên mà dẫn đến vết nứt gồm: (1) Lượng thay đổi nhiệt độ bê tông nén nhỏ Vì giới hạn thích đáng cần phải tăng thời gian ngắt quãng đổ bê tông, cần thiết tiến hành làm lạnh trước (2) Sự ràng buộc bên phải nhỏ, phải tăng tỷ lệ H/L, muốn phải thu hẹp chiều dài khối đổ (3) Sau bê tông đổ đến độ cao, cần phải làm cho nhiệt độ hạ xuống, tốc độ hạ xuống nhiệt độ cao phải nhỏ Biện pháp khống chế nhiệt độ, đề phòng ràng buộc bên dẫn đến khe nứt gồm: 1- Rút nhỏ bậc thang nhiệt độ bê tông, sử dụng thời gian đổ cách quãng thích đáng phải tiến hành đổ bê tông với tốc độ Gián đoạn đổ bê tông thời gian dài, tạo thành tầng thứ phát sinh 16 bậc thang nhiệt độ ứng suất kéo định phải tránh trường hợp Sau vừa đổ xong bê tông khe thi công nằm ngang, áp lực nhiệt ràng buộc bên ngoài, có tác dụng triệt tiêu ràng buộc bên nên dẫn đến ứng suất kéo Nếu thực làm lạnh trước hiệu lớn 3- Để đề phòng mặt đập thượng lưu hạ lưu phát sinh khe nứt, bề mặt dùng loại vật liệu cách nhiệt thích hợp để bảo hộ có hiệu 4- Khi nhiệt độ hàng ngày có thay đổi lớn, phụ cận bề mặt, khe thi công nằm ngang, có nguy sinh khe nứt, cần phải dưỡng hộ cách đầy đủ vào tình hình mà tiến hành bảo hộ cách nhiệt 5- Trong trường hợp mặt phẳng nằm ngang có diện tích lớn đáy lộ chịu ảnh hưởng lớn nhiệt độ khí hậu bê phải tiến hành khống chế nhiệt độ cẩn thận Khi thi công bê tông đầm lăn, ràng buộc bên có đặc điểm sau đây: Về vấn đề ràng buộc bên dẫn đến khe nứt: Có thể cho ảnh hưởng không bố trí khe dọc mà hình thành khối đổ dài không dùng hệ thống làm lạnh tạo thành nhiệt độ cao tăng lên Nhưng dùng thời gian đổ bêtông cách thích đáng, đạt hiệu mong muốn, có yêu cầu đặc biệt, tiến hành làm lạnh trước Ngược lại tránh ảnh hưởng không tốt nhiệt độ hạ xuống nhanh ống nước làm lạnh thời gian dài Về vấn đề ràng buộc bên dẫn đến khe nứt Ở mặt khe ngang mặt đập thượng hạ lưu vấn đề Đối với mặt khe thi công nằm ngang, quan trọng định thời gian ngừng đổ bêtông thích đáng, điểm mà xét đập bê tông đầm lăn có lợi 17 2.3 Khống chế nhiệt độ đập bêtông đầm lăn Để đề phòng bêtông thân đập ứng suất nhiệt dẫn đến nứt, ta áp dụng biện pháp quản lý nhiệt độ gọi khống chế nhiệt độ Trong đập bê tông đầm lăn, phương pháp khống chế nhiệt độ có loại sau đây: (1) Trong bêtông thân đập bố trí khe co dãn ngang với khoảng cách thích đáng để đề phòng khe co dãn, bê tông phát sinh khe nứt Do khoan nối khe, khe dọc, khoan phục cách triệt để, ảnh hưởng đến tính hoàn chỉnh thân đập ảnh hưởng đến hiệu đầm lăn, nên không bố trí khe dọc (2) Trong giới hạn thoả mãn yêu cầu mặt khác, dùng loại bê tông (nghèo) chất kết dính, để cố gắng khống chế lượng sử dụng ciment nhỏ nhất, dùng loại Ciment lượng phát toả nhiệt tốc độ toả nhiệt chậm, dùng loại chất độn tro bay.v.v để thay phần ciment (3) Tiến hành đổ bêtông tầng mỏng: Trước đổ bêtông tầng phải ngừng số ngày thích đáng, để thời gian thực toả nhiệt tự nhiên từ bề mặt mà không cần dùng đến ống nước làm lạnh (4) Khi xếp kế hoạch tiến độ đổ bê tông phần bêtông phận phía đập có chiều rộng lớn phụ cận mặt tiếp giáp đá chịu ràng buộc tương đối lớn, nên tiến hành đổ bêtông vào thời gian nhiệt độ bên tương đối thấp (5) Khi cần thiết, dùng phương pháp thích đáng để làm lạnh trước cho phận toàn vật liệu, để hạ thấp nhiệt độ đổ bêtông hạ thấp nhiệt độ cao bêtông Biện pháp làm lạnh trước so với biện pháp dùng ống nước để làm lạnh giảm 50% chi phí (6) Trong bêtông, thời gian gián đoạn đổ bêtông tương đối dài, bề mặt tầng đổ bêtông phải phủ lớp màng mỏng bảo ôn để đề phòng bêtông phụ cầu bề mặt lạnh (7) Dùng biện pháp phun nước làm ẩm ướt để dưỡng hộ Những phương pháp nói chung không dùng cách đơn độc, mà phối hợp biện pháp sử dụng lúc Nếu lấy việc tính hiệu phương pháp khống chế nhiệt độ ràng buộc nội ứng suất ràng buộc bên để phân đại thể sau: 18 - Phương pháp ứng suất ràng buộc bên có hiệu (2); (3); (5); (6); (7) - Phương pháp ứng suất ràng buộc bên có hiệu (1); (2); (3); (4); (5) Ứng suất nhiệt bê tông dùng phương pháp thi công bê tông kiểu đầm lăn phương pháp thi công kiểu chia khối, có điểm khác sau: (1) Về vấn đề ràng buộc bên Khối đổ dài, độ ràng buộc có khả trở thành lớn, không dùng ống nước làm lạnh, dẫn đến nhiệt độ cao bê tông lên cao; không sử dụng ống nước làm lạnh nhiệt độ hạ xuống chậm có khả độ ràng buộc trở thành nhỏ, dùng loại bê tông (nghèo) chất kết dính có khả làm cho nhiệt độ cao bô tông hạ thấp (2) Về vấn đề ràng buộc bên tỏng Đề cập đến mặt tiếp giáp đổ bêtông, chiều dài khối đổ mà dài độ ràng buộc có khả trở thành lớn; mặt đập thượng lưu thay đổi, mặt khe ngang không lộ phương pháp thi công bêtông đầm lăn nguyên tắc không phát sinh ràng buộc Từ thấy, phương pháp thi công bêtông đầm lăn không giống với phương pháp chia khối đổ bê tông trước đây, cần phải có coi trọng vấn đề ứng suất nhiệt độ phương pháp thi công đầm lăn 2.4 Phân tích trình (biến hoá) thay đổi nhiệt độ Giả thiết mặt song song cách L, nhiệt độ phân biệt F1, F2 Diện tích mặt cắt A, qua thời gian t tổng nhiệt lượng chuyển từ mặt có nhiệt độ cao xuống mặt có nhiệt độ thấp ta dùng công thức sau để biểu thị: QR 1   At L (6-4) Trong đó: R gọi hệ số truyền nhiệt Sau nghiên cứu vật cứng tích V1, mật độ P, nhiệt độ F Giả thiết vật cứng phát sinh truyền vào nhiệt lượng 19 Q, nhiệt độ vật cứng tăng dần đến F', lượng nhiệt độ tăng lên dùng công thức để tính toán: '    Q PCV (6-5) Trong đó: C tỷ lệ nhiệt Bây dùng phương trình vi phân để biểu đạt công thức trên, ta có công thức đây, công thức công thức để tính toán truyền nhiệt  R         Qc      t Pc  X Y Z  Pc (6-6) Trong Qc lượng toả nhiệt đơn vị thể tích, R hệ số toả Pc nhiệt Trước tính toán trình biến hoá nhiệt độ, phần nhiều dùng phương pháp Carlson Phương pháp số học phương pháp sai phân bậc một, phương pháp thuộc phương pháp tính gần đúng, có điều kiện yêu cầu định Nhưng phương pháp tính toán giản đơn, tiện lợi, nói chung độ xác đáp ứng yêu cầu thực tế Khi dùng phương pháp Carlson vào đổ bêtông thân đập, lưu ý đến liên kết chặt chẽ khối đổ bê tông, tầng đổ bê tông ít, nhiệt độ truyền theo hướng thẳng đứng, lưu ý đến khối đổ bêtông, phủ tầng dáy truyền nhiệt theo hướng thẳng đứng, lưu ý đến khối đổ bê tông, phủ tầng dày truyền nhiệt theo hướng ngang chiếm vị trí chủ đạo phương pháp Carlson thích ứng với hướng ngang Khi tiến hành tính toán vùng nhiệt độ chặt chẽ, tính toán ứng suất nhiệt độ, lợi dụng phương pháp phân tử hữu hạn tương đối thuận tiện Loại phương pháp công thức dùng nguyên lý biến phân để biểu đạt truyền dẫn nhiệt, chia khối đổ bê tông thành nguyên tố thích đáng để tiến hành tính toán Trên phương diện tính ứng suất nhiệt phụ cận bề mặt nói đặc biệt có hiệu 20 2.4.1 Những giả định dùng phương pháp Carlson để tính toán, phân tích mô hình: (1) Giả thuyết chiều dài theo hướng thượng hạ lưu khối đổ để tính toán dài, nhiệt truyền dẫn theo hướng trục đập truyền nhiệt khối đổ kề nhiệt truyền dẫn giả thiết hướng thẳng đứng (2) Giả thiết: Bêtông tầng đổ lúc nhiệt độ đổ bê tông tầng nhau, không dùng phương pháp làm lạnh trước, với nhiệt độ không khí bên (3) Giả định nhiệt độ không khí bên cố định không thay đổi (4) Giả định tiêu tính chất vật lý đá bêtông sau: Nhiệt độ bê tông tăng lên: F = 20 (1-e-0,25t)deg Dung trọng bê tông: Pc = 2,5 t/m3 Tỉ nhiệt bê tông: Cc = 240 Kcal/t.deg Hệ số dẫn nhiệt bê tông Rc = 48 Kcal/m ngày deg Dung trọng đá PR = 2,5 t/m3 Tỉ nhiệt đá CR = 240 Kcal/m deg Hệ số dẫn nhiệt đá: KR = 48 KCal/m ngày deg Hệ số làm lạnh, f = 1,5m Hệ số dẫn nhiệt bề mặt tầng đổ bê tông nói chung không xét đến 21 Hình 2- 6: Tốc độ bê tông định, trình thay đổi nhiệt độ bình quân tầng đổ bê tông nói chung 2.4.2 Chiều dày tầng đổ bê tông biến hoá nhiệt độ Tốc độ đổ bêtông tính 30cm/ngày 22 Quá trình thay đổi nhiệt độ bình quân tầng, trường hợp độ dày tầng đổ bêtông không giống ta chia hai trường hợp để phân tích: Trường hợp tiến hành làm lạnh trước trường hợp không làm lạnh trước Kết thể vẽ 6-6 Từ kết ta có kết luận sau đây: (1) Đối với loại chiều dày đổ bêtông, tầng đổ bêtông vùng chung quanh đá, nói chung biến hoá nhiệt độ tầng chiều dày giống nhau, tầng đổ bêtông chịu ảnh hưởng đá, hạn chế độ cao - 4m tính từ đá 23 Hình 2-7: Quá trình thay đổi nhiệt độ bình quân tầng đổ bê tông nói chung tốc độ đổ bê tông a) Không làm lạnh trước b) Làm lạnh trước 10 deg (2) Khi không tiến hành làm lạnh trước, nói chung trình biến hoá nhiệt độ tầng đổ bêtông cố định không thay đổi, không chịu ảnh hưởng chiều cao tầng đổ bêtông (3) Khi tiến hành làm lạnh trước, tốc độ đổ bê tông định, tầng đổ bê tông cao, nhiệt độ cao thấp 24 Hình 2-8: So sánh trình biến hoá nhiệt độ bình quân tầng đổ bê tông nói chung làm lạnh trước không làm lạnh trước 2.4.3 Tốc độ đổ bê tông biến hoá nhiệt độ Giả thiết độ cao tầng đổ bê tông cố định 1,5m không thay đổi, mà thay đổi tốc độ đổ bê tông, tình biến hoá nhiệt độ bình quân tầng với hai trường hợp: Không làm lạnh trước làm lạnh trước thể vẽ 6-7 Từ kết tìm hiểu đến điểm sau đây: (1) Khi không tiến hành làm lạnh trước, tốc độ đổ bêtông chậm nhiệt độ cao thấp, tốc độ đổ bê tông 15cm/ngày trình biến hoá nhiệt độ xuất lần trị số đỉnh (ngọn) (2) Khi tiến hành làm lạnh trước, tốc độ đổ bê tông chậm nhiệt độ cao thấp mà so với không tiến hành làm lạnh, khác Nếu tốc độ đổ bê tông 15cm/ngày tình biến hoá nhiệt độ có lần trị số đỉnh (ngọn) 25 2.4.4 Làm lạnh trước không làm lạnh trước với trình thay đổi nhiệt độ Giả thiết tầng đổ bê tông 1,5m, thời gian ngừng hai lần đổ ngày, kết làm lạnh trước không làm lạnh trước thể vẽ 6-8 Bản vẽ 6-9 ví dụ phân bố nhiệt độ nội Giả thiết làm lạnh trước hạ thấp nhiệt độ bê tông 100C, kết giúp ta làm rõ thêm điểm đây: (1) Khi không tiến hành làm lạnh trước, nhiệt độ cao tăng lên tương đối cao, sau nhiệt độ hạ xuống chậm, phân bố nhiệt độ tầng, trừ phụ cận đá phụ cận bề mặt đại thể cố định (2) Khi tiến hành làm lạnh trước, làm cho nhiệt độ cao hạ thấp, hiệu ước 1/2 nhiệt độ làm lạnh trước, sau đạt đến nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ hạ xuống chậm, phân bố nhiệt độ tầng, trừ phụ cận, đá đại thể giống Thông qua kết tính toán rút kết luận sau đây: (1) Yếu tố ảnh hưởng đến thay đổi nhiệt độ bêtông tốc độ đổ bêtông, tốc độ đổ bêtông định, độ cao tầng đổ bêtông khác dẫn đến khác biệt thay đổi nhiệt độ, việc tiến hành làm lạnh trước ra, tất tương đối nhỏ (2) Khi không tiến hành làm lạnh trước trị số nhiệt độ cao cao, sau nhiệt độ hạ xuống chậm (3) Khi tiến hành làm lạnh trước, hiệu nhiệt độ cao hạ thấp ước 1/2 nhiệt độ làm lạnh trước, trường hợp sau đạt đến nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ hạ xuống chậm 26 Hình 2-9 So sánh phân bố nhiệt độ tầng bêtông, làm lạnh trước Khống chế nhiệt độ bêtông đầm lăn, nên xem xét đến quy mô đập, tỉ lệ phối hợp bêtông, nhiệt độ đổ bêtông, điều kiện nhiệt độ thi công Mục đích tiến hành khống chế không để phát sinh khe nứt nhỏ Do bêtông đầm lăn thuộc loại bêtông thể tích lớn, nên cứng nhiệt độ bê tông tăng lên cố gắng phải thấp, lượng ciment cho đơn vị cố gắng ít, không cần đến tỷ lệ phối hợp dùng nhân công làm lạnh đặc biệt, để không đặc điểm thi công bêtông đầm lăn, nói chung không bố trí hệ thống ống nước làm lạnh mà dựa vào toả nhiệt tự nhiên bề mặt Vì nói chung chiều cao đổ bêtông lên tầng tốc độ đổ bêtông, nguyên tắc phải làm cho có thích ứng toả nhiệt tự nhiên thuỷ hoá nhiệt ciment Bêtông đầm lăn không cần bố trí khe dọc, không cần tiến hành khoan khe nối, không cần phải làm cho nhiệt độ hạ thấp đến nhiệt độ ổn định cuối với tốc độ nhanh Đập cao chiều rộng thân đập theo hướng thẳng góc với trục đập rộng Khi chiều cao đập lớn, để đề phòng phát sinh khe nứt nhỏ, lúc cần thiết phải tiến hành làm lạnh trước 2.5 Khống chế nhiệt độ đập bê tông đầm lăn Trung Quốc Những đập bê tông đầm lăn Trung Quốc xây dựng xong dự định xây dựng tổng hợp biện pháp khống chế nhiệt độ, có loại đây: 27 2.5.1 Lượng ciment dùng cho đơn vị Lượng ciment dùng cho đơn vị phần nhiều 60 Kg/m3, công tình đê quây Nham - Than, lượng ciment dùng cho đơn vị 47 Kg/m3 nhiều nhát đập Quan - Âm - Các, thí nghiệm lượng dùng ciment đến 84 Kg/m3 Do lượng dùng ciment ít, nhiệt độ tăng lên thực tế đập khống chế vòng 150C 2.5.2 Khống chế nhiệt độ đổ bêtông đổ bêtông mùa nhiệt độ thấp đập Thanh Khẩu, khối lượng bêtông thân đập không đến vạn m3, chọn tháng 12 - tháng đổ bêtông, lợi dụng nhiệt độ thấp tự nhiên để khống chế nhiệt độ đổ bêtông Về mùa nhiệt độ thấp nhiệt độ đổ bêtông gần nhiệt độ không khí (Biểu 2-1) Đập bậc thang thứ Thiên - Sinh - Kiều, tháng 4/1987 điều kiện khí hậu tự nhiên, đổ 4800m3 bêtông đầm lăn, đập Long Môn - Than Phúc Kiến, khối lượng công trình thân đập 10,13 vạn m3, mùa hè ngừng đổ bê tông, cần mùa nhiệt độ thấp đổ xong bêtông Biểu 2-1 Nhiệt độ thực tế nhập khối nhiệt độ thiết kế đập Khanh Khấu Thời đoạn Nhiệt độ 0C Nhiệt độ khí hậu bình quân tuần nhiều năm Nhiệt độ thiết kế nhập khối đổ bình quân tuần Nhiệt độ thực tế nhập khối đổ bình quân tuần Tháng Tháng Tháng Tháng 12 Hạ tuần Thượng Trung Hạ Thượng Trung Hạ Thượng Trung Hạ tuần tuần tuần tuần tuần tuần tuần tuần tuần 9,1 7,8 8,1 9,4 11,1 9,8 10,1 11,5 7,7 11,6 9,0 10,9 10,8 13,0 12,7 11,4 11,0 12,9 12,8 15,0 15,7 10,3 9,4 11,0 9,6 17,5 28 9,3 2.5.3 Nhân công làm lạnh để hạ nhiệt độ Đập Quan Âm Các Đông Bắc - Trung Quốc khối lượng bê tông thân đập 221 vạn m3, chiều dài đỉnh đập 1040, khoảng cách khe ngang 15 - 20m, mùa đông ngừng đổ bê tông, mùa hạ phải dùng nhân công làm lạnh để hạ nhiệt độ đổ bê tông Trong thiết kế kỹ thuật thiết bị làm lạnh dùng có dung lượng 20 vạn KCal/giờ có dung lượng 30 vạn Kcal/giờ 2.5.4 Khống chế nhiệt độ thấp: Ở vùng giá rét, mùa đông ngừng thi công đập Quan Âm Các Ở vùng nói chung, mùa đông dùng biện pháp phòng hộ để giữ nhiệt (bảo ôn) đập Khanh Khấu, dùng bao cỏ dày 5cm so với bề mặt bê tông đấm lăn lộ chịu nhiệt độ bình quân hạ đột ngột 50C Ở mặt đập nhiệt độ trời -30C  -4,50C trì số giờ, phủ lớp mỏng vật liệu dẻo, lại phủ lớp bao cỏ, nhiệt độ bề mặt bê tông giữ 30C Nước ta nước rộng lớn, điều kiện khí hậu khác vùng khác nhau, khối lượng đập khác, khống chế nhiệt độ nên vào tình hình cụ thể mà tính toán xác định 29 [...]... Kg/m3 Do lượng dùng ciment ít, nhiệt độ tăng lên thực tế trong đập khống chế trong vòng 150C 2.5.2 Khống chế nhiệt độ đổ b tông khi đổ b tông trong mùa nhiệt độ thấp ở đập Thanh Khẩu, khối lượng b tông thân đập không đến 6 vạn m3, chọn tháng 12 - tháng 3 đổ b tông, lợi dụng nhiệt độ thấp tự nhiên để khống chế nhiệt độ đổ b tông Về mùa nhiệt độ thấp nhiệt độ đổ b tông gần bằng nhiệt độ không khí (Biểu 2-1)... nhất, nhiệt độ hạ xuống cực kỳ chậm 26 Hình 2-9 So sánh phân bố nhiệt độ trong tầng b tông, làm lạnh trước Khống chế nhiệt độ ở b tông đầm lăn, nên xem xét đến quy mô của đập, tỉ lệ phối hợp của b tông, nhiệt độ đổ b tông, điều kiện nhiệt độ khi thi công Mục đích tiến hành khống chế là không để phát sinh khe nứt nhỏ Do b tông đầm lăn thuộc về loại b tông thể tích lớn, vì thế nên khi cứng nhiệt độ bê tông. .. quyết định thời gian ngừng đổ b tông thích đáng, ở điểm này mà xét đối với đập bê tông đầm lăn là có lợi 17 2.3 Khống chế nhiệt độ ở đập b tông đầm lăn Để đề phòng trong b tông thân đập do ứng suất nhiệt dẫn đến nứt, ta áp dụng những biện pháp quản lý nhiệt độ đó gọi là khống chế nhiệt độ Trong đập bê tông đầm lăn, phương pháp khống chế nhiệt độ có mấy loại sau đây: (1) Trong b tông thân đập bố trí khe... buộc bên trong Cái gọi là ràng buộc bên trong là chỉ khi trong bê tông mới đổ sinh ra bậc thang nhiệt độ, trong bê tông do có sự co lại và nở ra dẫn đến sự chênh lệch lớn nhỏ của ứng biến mà tạo thành ứng suất Ví dụ ở trong nội bộ bê tông mới đổ do có thủy hóa nhiệt mà dẫn đến nhiệt độ tăng lên, làm cho bê tông nở ra Nhưng chung quanh bề mặt của bê tông, thủy hóa nhiệt hướng ra ngoài phát tán, nhiệt. .. của nền đá và b tông như sau: Nhiệt độ của bê tông tăng lên: F = 20 (1-e-0,25t)deg Dung trọng của bê tông: Pc = 2,5 t/m3 Tỉ nhiệt của bê tông: Cc = 240 Kcal/t.deg Hệ số dẫn nhiệt của bê tông Rc = 48 Kcal/m ngày deg Dung trọng của đá PR = 2,5 t/m3 Tỉ nhiệt của đá CR = 240 Kcal/m deg Hệ số dẫn nhiệt của đá: KR = 48 KCal/m ngày deg Hệ số làm lạnh, f = 1,5m Hệ số dẫn nhiệt bề mặt tầng đổ bê tông nói chung... đối lớn, nên tiến hành đổ b tông vào thời gian nhiệt độ bên ngoài tương đối thấp (5) Khi cần thiết, dùng phương pháp thích đáng để làm lạnh trước cho một bộ phận hoặc toàn bộ vật liệu, để hạ thấp nhiệt độ khi đổ b tông và hạ thấp nhiệt độ cao nhất của b tông Biện pháp làm lạnh trước so với biện pháp dùng ống nước để làm lạnh giảm đi được 50% chi phí (6) Trong b tông, khi thời gian gián đoạn đổ b tông. .. hoá nhiệt độ của tầng đổ b tông về cơ bản cố định không thay đổi, không chịu ảnh hưởng của chiều cao tầng đổ b tông (3) Khi tiến hành làm lạnh trước, tốc độ đổ bê tông nhất định, tầng đổ bê tông càng cao, nhiệt độ cao nhất càng thấp 24 Hình 2-8: So sánh quá trình biến hoá nhiệt độ bình quân của tầng đổ bê tông nói chung làm lạnh trước và không làm lạnh trước 2.4.3 Tốc độ đổ bê tông và sự biến hoá nhiệt. .. yêu cầu thực tế Khi dùng phương pháp Carlson vào đổ b tông thân đập, nếu lưu ý đến sự liên kết chặt chẽ giữa các khối đổ bê tông, ở trên tầng đổ bê tông ít, nhiệt độ truyền theo hướng thẳng đứng, nếu lưu ý đến trên khối đổ b tông, phủ một tầng rất dáy truyền nhiệt theo hướng thẳng đứng, nếu lưu ý đến trên khối đổ bê tông, phủ một tầng rất dày truyền nhiệt theo hướng ngang chiếm vị trí chủ đạo thì phương... của khối đổ để tính toán rất dài, nhiệt truyền dẫn theo hướng trục đập và truyền nhiệt giữa các khối đổ kề nhau vì thế nhiệt truyền dẫn giả thiết chỉ ở trên hướng thẳng đứng (2) Giả thiết: B tông trong mỗi tầng đổ cùng một lúc và nhiệt độ đổ bê tông trong mỗi tầng là như nhau, không dùng phương pháp làm lạnh trước, cùng với nhiệt độ không khí ở bên ngoài như nhau (3) Giả định nhiệt độ không khí bên... tháng 4/1987 trong điều kiện khí hậu tự nhiên, đổ 4800m3 b tông đầm lăn, đập Long Môn - Than ở Phúc Kiến, khối lượng công trình thân đập là 10,13 vạn m3, về mùa hè ngừng đổ bê tông, vì thế chỉ cần 2 mùa nhiệt độ thấp là đổ xong b tông Biểu 2-1 Nhiệt độ thực tế nhập khối và nhiệt độ thiết kế đập Khanh Khấu Thời đoạn Nhiệt độ 0C Nhiệt độ khí hậu bình quân tuần nhiều năm Nhiệt độ thiết kế nhập khối đổ bình ... bên bên khối b tông nhiệt độ bên b tông chưa toả hết mà mặt bên khối b tông nguội lạnh nhiệt độ môi trường bên thay đổi mà sinh ứng suất nhiệt (ngoài bị kéo bị nén) Khi ứng suất nhiệt lớn ứng... kết b tông, thuỷ hoá xi măng sinh lượng nhiệt lớn làm thể tích b tông nở Mặt khác b tông lại có tính dẫn nhiệt phải qua thời gian tương đối dài nhiệt bên b tông toả nhiệt hết Quá trình toả nhiệt. .. nhiệt độ tầng b tông, làm lạnh trước Khống chế nhiệt độ b tông đầm lăn, nên xem xét đến quy mô đập, tỉ lệ phối hợp b tông, nhiệt độ đổ b tông, điều kiện nhiệt độ thi công Mục đích tiến hành khống