Đang tải... (xem toàn văn)
Sưu tầm các tài liệu, các giáo trình, bài giảng về ngành công trỉnh thủy lợi, thủy điện, xây dựng, giao thông. Các bài giảng này theo tiêu chuẩn hiện hành mới nhất. Các công nghệ về xây dựng giao thông, thủy lợi, thủy điện, xây dựng dân dụng, công nghiệp
KHỐNG CHẾ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN (BÀI GIẢNG CAO HỌC) Mục lục KHỐNG CHẾ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN I Mục lục II 1. NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA NỨT NẺ VỀ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN 1 1.1. Ứng suất nhiệt của bê tông 1 1.1.1. Nứt nẻ bề mặt 1 1.1.2. Nứt xuyên khối bê tông 2 1.2. Biện pháp giảm ứng suất nhiệt trong bêtông 4 1.2.1. Giảm lượng phát nhiệt của bêtông 4 1.2.2. Hạ thất nhiệt độ đổ bê tông 4 1.2.3. Tăng tốc độ toả nhiệt của bêtông 5 2. KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT Ở ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 6 2.1. Ứng suất ràng buộc bên ngoài 6 2.1.1. Hệ số ràng buộc của nền đá 7 2.1.2. Hệ số ràng buộc của bê tông cũ 9 2.2. Ứng suất ràng buộc bên trong 11 2.2.1. Ứng suất nhiệt ràng buộc bên trong do khe thi công nằm ngang sinh ra 12 2.2.2. Mặt đập thượng hạ lưu phát sinh ứng suất nhiệt rằng buộc bên trong 15 2.3. Khống chế nhiệt độ ở đập bêtông đầm lăn 18 2.4. Phân tích quá trình (biến hoá) thay đổi nhiệt độ 19 2.4.1. Những giả định khi dùng phương pháp Carlson để tính toán, phân tích mô hình. .21 2.4.2. Chiều dày tầng đổ bê tông và biến hoá của nhiệt độ 21 2.4.3. Tốc độ đổ bê tông và sự biến hoá nhiệt độ 23 2.4.4. Làm lạnh trước và không làm lạnh trước với quá trình thay đổi nhiệt độ 24 2.5. Khống chế nhiệt độ ở đập bê tông đầm lăn ở Trung Quốc 27 2.5.1. Lượng ciment dùng cho 1 đơn vị ít 27 2.5.2. Khống chế nhiệt độ đổ bêtông khi đổ bêtông trong mùa nhiệt độ thấp 27 2.5.3. Nhân công làm lạnh để hạ nhiệt độ 28 2.5.4. Khống chế nhiệt độ thấp 28 II 1. NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA NỨT NẺ VỀ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN 1.1. Ứng suất nhiệt của bê tông Sự nứt nẻ của bêtông do nhiều nguyên nhân như: nhiệt độ, co ngót, lún không đều, tính kiềm trong cốt liệu đá, sỏi và sự biến dạng của ván khuôn.v.v Nhưng đối với bêtông khối lớn nghiêm trọng nhất là nứt nẻ vì nhiệt. Vì vậy việc phòng ngừa nứt nẻ vì nhiệt trong bêtông khối lớn (khối có kích thước 2,5 x 2,5 x 2,5 m trở lên) là nhiệm vụ hàng đầu trong quá trình thi công. Như chúng ta đều biết trong quá trình đông kết của bêtông, sự thuỷ hoá của xi măng sinh ra lượng nhiệt lớn làm thể tích bêtông nở ra. Mặt khác bêtông lại có tính dẫn nhiệt kém vì vậy phải qua một thời gian tương đối dài nhiệt bên trong bêtông mới toả nhiệt hết. Quá trình toả nhiệt làm thể tích bêtông co lại. Do chênh lệch nhiệt độ và sự phân bố nhiệt ở các phần của khối bê tông khác nhau làm cho khối bêtông chịu hai loại kiềm chế mà sinh nứt nẻ sau đây: 1.1.1. Nứt nẻ bề mặt Do sự chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài khối bêtông khi nhiệt độ bên trong bêtông chưa toả hết mà mặt bên ngoài của khối bêtông đã nguội lạnh hoặc do nhiệt độ của môi trường bên ngoài thay đổi mà sinh ứng suất nhiệt (ngoài bị kéo trong bị nén). Khi ứng suất nhiệt lớn hơn 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 của tường 1 1. Khu ứng suất nén. 2. Khu ứng xuất kéo 3. Nứt nẻ bề mặt. Hình 1-2. Nứt nẻ bề mặt và nứt xuyên ở đập bê tông 1. Nứt bề mặt. 2. Nứt xuyên Nứt nẻ bề mặt thường xuất hiện sau khi đổ bê tông 1÷2 tuần. Ứng suất nhiệt độ ở bề mặt của khối bêtông có thể xác định theo công thức sau: T E ∆ − = µ α σ 1 Trong đó: σ - ứng xuất kéo lớn nhất có thể phát sinh ở mặt khối bê tông (N/m 2 ) α - Hệ số dãn nở vì nhiệt của bêtông, thường là (0,8 ÷ 1) x 10 -5 (1/ 0 C) E - Môđuyn đàn hồi của bê tông, thường là (1,4 ÷ 2,4) x 10 10 (N/m 2 ) µ - Hệ số poát-xông, thường là 1/6 ∆T - Độ chênh lệch giữa nhiệt độ bình quân của khối bê tông với nhiệt độ khí trời ( 0 C). 1.1.2. Nứt xuyên khối bê tông Sau khi đổ bê tông, thể tích khối bê tông nở cho tới khi nhiệt độ đạt đến trị số cao nhất. Sau đó nhiệt độ lại dần hạ xuống cho đến nhiệt độ ổn định của môi trường bên ngoài. Đồng thời với quá trình hẹ nhiệt độ khối bê tông cũng co lại. Nhưng giai đoạn này bê tông đã đông cứng. Phần đáy công trình bị nền đá hoặc mặt bê tông cũ kiềm chế mà không co lại tự do được, do đó sinh ứng suất kéo ở phần đáy công trình bị nền đá hoặc mặt bêtông cũ kiềm chế mà không co 2 lại tự do được, do đó sinh ứng suất kéo ở phần đáy công trình và ứng suất cắt ở mặt tiếp xúc (Xem hình 1-3, 1-4). Hình 1-3. Phân bố ứng xuất ở đáy khối bê tông 1. Khu ứng suất nèn; 2. Khu ứng xuất kéo; 3. Khu ứng suất cắt Khi ứng suất kéo vượt quá ứng suất kéo cho phép, bê tông sẽ nứt nẻ. Nứt nẻ trong trường hợp này gọi là nứt xuyên. Nứt xuyên rất nguy hiểm, làm mất tính chỉnh của công trình, nếu không kịp thời phát hiện và xử lý công trình sẽ bị phá hoại. Loại nứt xuyên này thường khó phát hiện thường sinh ra trong thời kỳ công trình vận hành. Ứng suất nhiệt gây nứt xuyên có thể xác định bằng công thức sau: T EKR ∆ − = µ α σ 1 Trong đó: - Hệ số từ biến của bêtông K = 0,5 - Hệ số kiếm chế của nền đối với bê tông. Hệ số này phụ thuộc vào kích thước của khối bê tông (xem hình 1-4 và bảng 1-1). Bảng 1-1 y/L 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 R 0,55 0,4 0,27 0,10 0,08 0 ∆T = T 1 + T 2 - T 3 T 1 - nhiệt độ của bêtông khi đổ ( 0 C) 3 T 2 - nhiệt độ của bêtông do ximăng thuỷ hoá ( 0 C) T 3 - nhiệt độ ổn định của khoảnh bê tông ( 0 C) α, E, µ - đã nói ở trên Hình 1- 4. L- Chiều rộng của khối bê tông y- Khoảng cách biến đổi. 1.2. Biện pháp giảm ứng suất nhiệt trong bêtông 1.2.1. Giảm lượng phát nhiệt của bêtông a) Giảm lượng dùng ximăng bằng các biện pháp sau: - Dùng chất pha trộn thay một phần xi măng như 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 nhau - Dùng cấp phối hợp lý nhất - Dùng cường độ bêtông thời kỳ cuối khi thiết kế công trình. b) Thi công đập bêtông bằng cách dùng khối bêtông đúc sẵn c) Dùng xi măng ít 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 khi trộn bêtông 4 c) Đổ bê tông lúc nhiệt độ khí trời thấp như đổ bêtông vào mùa đông, mùa hè đổ bêtông vào ban đêm. 1.2.3. Tăng tốc độ toả nhiệt của bêtông a) Giảm chiều dày (chiều cao) khoảnh đổ… Bố trí tuần tự khoảnh đổ để kéo dài thời gian gián cách giữa khoảnh đổ và khoảnh đổ trên nó. b) Tăng diện tích mặt toả nhiệt. c) Hạ thấp nhiệt độ ở mặt toả nhiệt như tưới nước lạnh. c) Tăng tốc độ toả nhiệt bên trong bằng cách chôn đường ống dẫn nước lạnh, chừa giếng đứng trong khối bêtông (xem hình 1-5). Hình 1-5. Sơ đồ bố trí đường ống làm lạnh trong khối đổ 5 2. KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT Ở ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Đập bêtông từ thiết kế, thi công cho đến giai đoạn quản lý, ứng suất nhiệt là một trong những đề mục nghiên cứu chủ yếu. Ứng suất nhiệt của đập bêtông đầm lăn, cũng giống như các đập thông thường có thể chia ra ứng suất ràng buộc nội bộ. Trong quá trình thi công nên chú ý khống chế nhiệt độ, đề phòng do ứng suất nhiệt quá cao mà sinh ra nứt. 2.1. Ứng suất ràng buộc bên ngoài Ứng suất ràng buộc bên ngoài là chỉ do bêtông mới đổ và nền đá hoặc bêtông đã đổ cũ có sự chênh lệch về nhiệt độ, hoặc chênh lệch do đặc tính biến dạng tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến ứng suất. Bêtông đổ xong, vừa sinh ra thuỷ hoá nhiệt vừa đông kết, nếu không tiến hành dùng nhân công để khống chế nhiệt thì quá trình thay đổi nhiệt độ, sẽ thể hiện giống như hình 2-1. Hình 2-1. Quá trình biến hoá nhiệt độ của bê tông Nhiệt độ của bêtông từ từ tăng lên, do nguyên nhân toả nhiệt ở bề mặt, sự tăng lên của nhiệt độ dần dần chậm đi, đến một thời điểm nào đó sau khi đạt đến nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ lại từ từ hạ xuống. Sau cùng là đạt đến trạng thái nhiệt độ ổn định cuối cùng, do điều kiện nhiệt độ bên ngoài có tính chu kỳ quyết định. Ta thử phân tích trong hình vẽ 2-1 thể hiện sự thay đổi ứng suất trong quá trình thay đổi nhiệt độ của bêtông. Trong quá trình nhiệt độ tăng lên, bêtông chịu ứng suất nén, nhưng khi vượt qua nhiệt độ cao nhất, bê tông bắt đầu co lại, chuyển thành ứng suất kéo cho đến khi nhiệt độ ổn định cuối cùng mới dừng, 6 ứng suất kéo cứ tăng lên dần. Trong tình hình chung quá trình cường độ bê tông tăng lên, hệ số nở theo tuyến tính (đường thẳng) cơ bản không thay đổi, môđuyn đàn hồi trong thời gian dưỡng hộ ban đầu nhỏ, cùng với sự tăng lên của thời gian dưỡng hộ, mô đuyn đàn hồi càng lớn. Ngoài ra nhiệt độ ổn định cuối cùng nói chung thấp hơn nhiệt độ cao nhất, như vậy lượng thay đổi nhiệt độ là trị số âm. Trong trường hợp này cuối cùng ứng suất trong bê tông là ứng suất kéo. Đồng thời do môđuyn đàn hồi biến thành nhỏ khi nhiệt độ bê tông tăng lên, do đó có thể suy đoán ra ứng suất nén lúc này cũng nhỏ, vì thế có thể cho rằng ứng suất ràng buộc của nền đá thông thường là ứng suất kéo. Do sự ràng buộc của nền đá hoặc bê tông cũ, ứng suất σ sinh ra ở trong bê tông là: µ α σ − ∆ = 1 FEcR (2-1) Trong đó: R : Hệ số ràng buộc của bê tông cũ hay nền đá Ec : môđuyn đàn hồi của bêtông α : Hệ số nở tuyến tính của bêtông ∆F : Lượng thay đổi nhiệt độ µ : Hệ số poát sông Dưới đây nói rõ thêm về hệ số ràng buộc 2.1.1. Hệ số ràng buộc của nền đá Lượng vật lý ảnh hưởng đến hệ số ràng buộc của nền đá trong đó có mô đuyn đàn hồi E C của bêtông, môđuyn đàn hồi của nền đá E R , chiều dài của bêtông L, chiều cao H, vị trí (X.y) trong khối đổ, vì thế căn cứ vào định lý π của BucKingham, hệ số ràng buộc của nền đá có thể dùng hàm số sau đây để biểu thị: = H Y L X L H E E fR R c ,,, Giả thiết biến dạng của bê tông hoàn toàn bị ràng buộc, ứng suất tồn tại trong bêtông là: 7 σ = Ec (α∆F - ε) = Ec α∆F ×− L H E E K R C 1 (2-2) Đem công thức này so sánh với công thức (6-1) cho thấy, hệ số ràng buộc của nền đá R là hàm số của L H và R C E E Từ thảo luận ở trên có thể làm rõ, hệ số ràng buộc của nèn đá to hay nhỏ, không thể trực tiếp căn cứ vào chiều dài L của khối bê tông để quyết định, mà phải căn cứ vào tỷ lệ giữa chiều dài và chiều cao H/L để quyết định. Kết luận này là hết sức quan trọng. Hình vẽ 2-2 biểu thị bộ phận giữa mặt tiếp xúc có sự ràng buộc lớn nhất, hệ số ràng buộc lớn hoặc bé tương ứng với những H/L, E C /E R khác nhau. Từ hình vẽ 2-2 cho thấy: 1- Tỷ lệ chiều cao đổ bê tông và chiều dài phân đoạn H/L càng nhỏ thì sự ràng buộc bên ngoài càng lớn. 2- Tỷ lệ giữa mô đuyn đàn hồi của nền đá và bê tông E C /E R càng nhỏ thì hệ số ràng buộc bên ngoài càng lớn. 3- Hệ số ràng buộc bên ngoài, ở mặt đáy của khối đổ là lớn nhất, hướng của ứng suất sinh ra song song với mặt đáy, vị trí khối đổ càng lên trên, hệ số ràng buộc càng nhỏ, khi khối đổ mà H/L càng lớn thì xu hướng này càng rất rõ ràng. 8 [...]... 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 m 3, 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) Đập... 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. .. này sau khi đạt đến nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ hạ xuống cực kỳ chậm 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 tăng lên cố gắng phải thấp, lượng... (2) Khi không tiến hành làm lạnh trước, nói chung quá trình biến 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 2.4.3 Tốc độ đổ bê tông và sự biến hoá nhiệt độ Giả thiết độ cao tầng đổ bê tông là cố định 1,5m không thay... về cơ bản là không có vấn đề Đối với mặt khe thi công nằm ngang, cái quan trọng nhất là 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,... 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... số ràng buộc bên ngoài và H/L, EC/ER khác nhau 2.1.2 Hệ số ràng buộc của bê tông cũ Hệ số ràng buộc của b tông cũ đối với b tông mới biểu thị ở hình 2-3 Từ kết quả giải thích có thể biết: 1- Hệ số ràng buộc bên ngoài của b tông cũ đối với b tông mới đổ Nếu đổ b tông cũ đến một độ cao nhất định, hầu như không chịu ảnh hưởng mô đuyn đàn hồi của nền đá 2- Hệ số ràng buộc lớn hay nhỏ, hầu như không chịu... 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... hoạch tiến độ đổ bê tông phần b tông ở bộ phận phía dưới đập có chiều rộng lớn và phụ cận mặt tiếp giáp nền đá chịu sự ràng buộc tương 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... không khí bên ngoài cố định không thay đổi (4) Giả định chỉ tiêu tính chất vật lý 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 . hướng triệt tiêu kéo. 2.2. Ứng suất ràng 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. suất ràng buộc bên trong 11 2.2.1. Ứng suất nhiệt ràng buộc bên trong do khe thi công nằm ngang sinh ra 12 2.2.2. Mặt đập thượng hạ lưu phát sinh ứng suất nhiệt rằng buộc bên trong 15 2.3. Khống. Tăng tốc độ toả nhiệt bên trong bằng cách chôn đường ống dẫn nước lạnh, chừa giếng đứng trong khối bêtông (xem hình 1-5). Hình 1-5. Sơ đồ bố trí đường ống làm lạnh trong khối đổ 5 2. KHỐNG CHẾ