Môn Hư hỏng và sửa chữa công trình - Chuyên đề: Nghiên cứu sự co ngót theo thời gian và co dãn theo nhiệt độ của bê tông

Nội dung text: Môn Hư hỏng và sửa chữa công trình - Chuyên đề: Nghiên cứu sự co ngót theo thời gian và co dãn theo nhiệt độ của bê tông

1. GIỚI THIỆU CÁC THÀNH VIÊN NHÓM 8 ❖ ĐINH ĐỨC MINH ❖ Nam Định, TP Hồ Chí Minh ❖ Cựu sinh viên khoa Hóa ĐH Bách Khoa TPHCM ❖ Thích đủ thứ: Học, ăn chơi, xe, người đẹp, du lịch, kết giao với các hảo hán ❖ NGUYỄN QUỐC DŨNG ❖ Phan Thiết ❖ Cựu sinh viên ĐH Khoa Học Tự Nhiên TPHCM ❖ Thích ?????? $$$$$$ Nghe nhạc Rock, Rap, Xì lô, Rum ba, Cha cha cha ❖ HUỲNH TẤN KHƯƠNG ❖ TP Hồ Chí Minh ❖ Cựu sinh viên ĐH Bách Khoa TPHCM ❖ Sở Xây Dựng ❖ Thích $$$$$$, làm Giám đốc Sở Xây Dựng ❖ TRẦN LÊ HOÀNG ❖ TP Hồ Chí Minh ❖ Cựu sinh viên ĐH Sư Phạm TPHCM ❖ Thích đi học ❖ TRẦN LÊ DUY PHƯƠNG ❖ TP Hồ Chí Minh ❖ Cựu sinh viên ĐH Kinh Tế TPHCM ❖ Thích màu đỏ hoa phượng, màu tím hoa sim Nhậu & karaoke & ABC XYZ 2
2. I.1 HIỆN TƯỢNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG Khái niệm: Co ngót của bê tông là sự giảm thể tích dưới nhiệt độ không đổi do mất độ ẩm sau khi bê tông đã đông cứng. Sự thay đổi thể tích theo thời gian này phụ thuộc vào: • Hàm lượng nước của bê tông tươi. • Chất lượng và tỷ lệ xi măng và loại cốt liệu được sử dụng. • Điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió) tại thời điểm đổ bê tông. • Quá trình bảo dưỡng. • Khối lượng cốt thép. • Tỉ số giữa thể tích và diện tích bề mặt cấu kiện. • Sự hình thành và tuổi của bê tông. Phân loại co ngót của bê tông 1. Co ngót dẻo Diễn ra ngay sau khi đổ bê tông vào khuôn. Sự thủy hóa của xi măng gây ra sự giảm thể tích của bê tông do sự bốc hơi trên bề mặt bê tông. 2. Co ngót nhiệt Xảy ra khi xi măng phản ứng với nước trong phản ứng thủy hóa. 3. Co ngót nội tại Xảy ra do không có sự dịch chuyển hơi ẩm trong vữa bê tông dưới nhiệt độ không đổi. 4. Co ngót khô Xuất hiện sau khi hỗn hợp bê tông đông kết và đóng rắn do sự mất nước mao quản trong bê tông. Co ngót khô diễn ra trong vòng vài tháng đầu và giảm dần theo thời gian. 5. Co ngót Cacbonát Xảy ra do phản ứng giữa khí Cácbonic CO2 và khoáng chất xi măng thủy hóa, Cácbonát hóa Ca(OH) 2 tạo ra CaCO3. 4
3. I.2 HIỆN TƯỢNG CO GIÃN NHIỆT CỦA BÊ TÔNG o Co giãn nhiệt là hiện tượng vật lý của tất cả các vật liệu khi nhiệt độ thay đổi: Co khi nhiệt độ giảm xuống và giãn khi nhiệt độ tăng lên o Co giãn nhiệt có tác động lớn tới tất cả các kết cấu bê tông. o Sự co giãn khác nhau giữa các cấu kiện bê tông sẽ gây ra nội lực lớn. o Hệ số co giãn nhiệt của bê tông là 7 x 10-6 to 14 x 10-6 per °C. o Bê tông nở ra khi nhiệt độ tăng và co lại khi nhiệt độ giảm với biên độ 1.7 cm trên 30.5 m cho khoảng biến đổi nhiệt độ 38 °C 6
4. Khe nhiệt trên đường 8
5. Khe nhiệt Đại học HUTECH 10
6. Khe nhiệt Đại học Bách Khoa 12
7. I.3 SỰ KHÁC NHAU GIỮA CO NGÓT VÀ CO GIÃN NHIỆT CỦA BÊ TÔNG Co ngót Co giãn nhiệt Nguyên nhân Đông kết và thoát nước bê tông Nhiệt độ Khi bê tông đông kết và thời Trong suốt thời gian cấu kiện tồn Thời gian gian ngắn sau đó tại Nứt nhỏ, ít gặp trường hợp nứt Hậu quả Nứt lớn, phá hoại kết cấu lớn Quét sơn, trám vữa xi măng, Khắc phục hậu quả Sửa chữa kết cấu trám Sika grout. Hạn chế bay hơi nước và kiểm Ngăn ngừa hậu quả Thiết kế khe nhiệt soát nhiệt độ 14
8. - Nước bốc hơi trên bề mặt bê tông (do thời tiết không thuận lợi như nhiệt độ cao, độ ẩm thấp, gió mạnh) (Ngay sau khi bê tông được đặt, các hạt trong bê tông bắt đầu lắng xuống. Khi các hạt lắng xuống, nước bên trong bê tông sẽ dịch chuyển và trồi lên bề mặt.) Đối sàn và vỉa hè nơi diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn so với bề dày của chúng, khi tiếp xúc với nắng nóng và gió khô, bề mặt bê tông khô rất nhanh dẫn đến sự co ngót dẻo 16
9. *vết nứt co ngót dẻo cũng có thể hình thành trong điều kiện thời tiết lạnh khi nhiệt độ của bê tông cao so với nhiệt độ không khí xung quanh - Do bê tông (dù không bị khô nặng) nhưng kém có tỷ lệ nước / xi măng cao lượng nước lớn chảy ra và tích tụ ở bề mặt. Khi nước này ở bề mặt khô, bề mặt bê tông xuất hiện các vết nứt. - Chịu rung động ngoài ý muốn hoặc do ảnh hưởng của cốt pha gây ra các vết nứt co ngót do bê tông ở giai đoạn chưa đạt đủ cường độ Tóm lại: tỷ lệ nước / xi măng cao, bê tông kém cân đối, khô nhanh, mất nước nhiều, rung động ngoài ý muốn là một vài lý do dẫn đến co ngót dẻo Hơn nữa, bê tông có nhiều thành phần (cốt liệu) hơn thì trải qua co ngót dẻo lớn hơn (It can also be further added that richer concrete undergoes greater plastic shrinkage) 2. Co ngót nhiệt (xảy ra trong khi bê tông ninh kết và rắn chắc) - Trong nội bộ bê tông mới đổ, các phản ứng thủy hoá xi măng là toả nhiệt, cụ thể là nếu kết cấu dày trên 1m thì bê tông nằm trong điều kiện "đoạn nhiệt” (adlabatique), vì bê tông dẫn nhiệt rất kém (từ 1,5 đến l,8 W/m/K) nên nhiệt độ có thể lên đến 75oC. Chênh lệch nhiệt độ như vậy tất nhiên gây ra co ngót không đều. Khi nguội đi, nhiệt độ mặt ngoài giảm nhanh hơn nhiệt độ giữa khối bê tông, tức là mặt ngoài co ngót nhiều hơn giữa, dẫn đến mặt ngoài bị kéo còn lõi giữa bị nén. 3. Co ngót khô (xảy ra ngay sau giai đoạn dẻo, khi đó hỗn hợp bê tông đã cứng) - Do mất nước mao dẫn trong bê tông (trong hỗn hợp xi măng). Co ngót này dẫn đến ứng suất kéo tăng, có thể dẫn đến nứt, cong vênh bên trong và lệch bên ngoài, trước khi bê tông chịu bất kỳ loại tải nào. (Tất cả bê tông làm từ xi măng portland trải qua sự co ngót khô khi bê tông đủ tuổi) Co ngót khô có thể xảy ra ở dạng tấm, dầm, cột, tường chịu lực, thành phần dự ứng lực, bể chứa và nền móng. Co ngót khô thường xảy ra trong vài tháng đầu và giảm theo thời gian. -Co ngót phuộc nhiều yếu tố: tính chất của các thành phần, tỷ lệ của các thành phần, cách pha trộn, độ ẩm trong khi bảo dưỡng, môi trường khô và kích thước các hạt cốt liệu trong bê tông 20
10. 4. Co ngót cacbonat - Do phản ứng của carbon dioxide (Co2) với các khoáng chất xi măng ngậm nước (carbonat Ca(Oh)2 thành CaCo3). Sự Cacbonat từ từ xuyên qua bề mặt ngoài của bê tông. Loại co ngót này chủ yếu xảy ra ở độ ẩm trung bình kết quả tăng cường độ và giảm tính thấm. 22
11. - Xảy ra do không có hơi nước di chuyển từ vữa bê tông ở nhiệt độ không đổi (không có sự trao đổi nhiệt với môi trường ngoài). Đó là một vấn đề nhỏ của bê tông và có thể bỏ qua. (Autogenous shrinkage occurs due to no moisture movement from concrete paste under constant temperature. It is a minor problem of concrete and can be ignored) 24
12. II.2 HẬU QUẢ CỦA HIỆN TƯỢNG CO NGÓT BÊ TÔNG + Co ngót bê tông làm giảm thể tích, bê tông sẽ ôm chặt cốt thép dẫn đến lực dính tăng lên để bê tông và cốt thép làm việc cùng nhau và cùng chịu lực + Bên cạnh đó co ngót bê tông cũng mang lại những kết quả không mong muốn như: - Bê tông bị rạn nứt, rạn chân chim. Hiện tượng này thường không ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng làm việc của kết cấu bê tông nhưng nó ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của công trình, ngoài ra còn gây tâm lý lo sợ cho người sử dụng 26
13. 4/ Các vết nứt thường xảy ra ở giữa bản sàn và phát triển vuông góc với bản sàn và chia bản sàn ra làm 2 phần - Hay làm cong vênh sàn bê tông do sự chênh lệch về nhiệt độ và độ ẩm của lớp trên với lớp dưới của bê tông hình thành nên các vết nứt - Kết quả là bê tông dễ bị thấm nước ảnh hưởng đến quá trình sử dụng của công trình. Hoặc dẫn đến các hiện tượng như là ăn mòn bê tông hay ăn mòn cốt thép bên trong ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu bê tông, khiến công trình bị hư hỏng và xuống cấp nhanh chóng, không đảm bảo được tuổi thọ của công trình. 28
14. - Phương pháp bao bọc vị trí hư hỏng bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép; - Phương pháp dùng bản thép gia cường (dán bản thép); - Phương pháp dùng bê tông dự ứng lực căng ngoài; - Phương pháp sử dụng vật liệu composite sợi cường độ cao FRP (Fiber- Reinforced Polymer). Mỗi giải pháp đều có những ưu nhược điểm riêng, trong giới hạn báo cáo trình bày cụ thể về phương pháp FRP, đây là một trong những phương pháp mới đã được nghiên cứu vá áp dụng tại các nước tiên tiến từ những năm 1990. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là thi công đơn giản, không cần sử dụng cốp pha, có tính thẩm mỹ cao. Có 2 phương pháp thi công FR là: phương pháp khô (dry lay-up) và phương pháp dán tấm theo kiểu ướt (wet lay-up). a. Vật liệu FRP (Fiber Reinforced Polymer) - Vật liệu FRP là một dạng vật liệu composite được chế tạo từ các vật liệu sợi, trong đó có ba loại vật liệu sợi thường được sử dụng là sợi carbon CFRP, sợi thủy tinh GFRP và sợi aramid AFRP. Đặc tính của các loại sợi này là có cường độ chịu kéo rất cao, mô đun đàn hồi lớn, trọng lượng nhỏ, khả năng chống mài mòn cao, cách điện, chịu nhiệt tốt, bền theo thời gian - Các dạng FRP dùng trong xây dựng: dạng tấm, dạng thanh, dạng cáp, dạng vải, dạng cuộn Trong sửa chữa và gia cố công trình xây dựng thường dùng các loại FRP dạng tấm và dạng vải. - Vật liệu FRP thường được sử dụng nhất là của các hãng sản xuất: Mbrace, Sika 30
15. Bước 2: Sơn lót kết cấu cần gia cố Sơn lót bề mặt bê tông cần gia cố bằng cách dùng cọ lăn ngắn hoặc trung bình. Bước 3: Phủ bột trét làm phẳng bề mặt Bột trét được trét bằng các bay cầm tay. Bột trét được sử dụng để làm phẳng bề mặt và lấp các khuyết tật; việc bao phủ hoàn toàn thì không cần thiết. Bột trét có thể trét lên bề mặt sơn lót còn ướt không cần đợi sơn khô. Bước 4: Phủ lớp keo thứ nhất Keo được quét lên bề mặt đã được sơn lót và làm phẳng bằng cọ lăn. Lượng keo sử dụng cũng phụ thuộc vào từng loại FRP được sử dụng. Bước 5: Dán tấm FRP Tấm FRP cần được đo và cắt sẵn trước khi đặt lên bề mặt cần gia cố. Tấm FRP được đặt lên bề mặt bê tông và được ấn nhẹ nhàng vào lớp keo dán. Trước khi lột lớp giấy dán mặt sau, dùng con lăn bằng cao su lăn theo hướng sợi cho keo dễ dàng ngấm vào các sợi riêng rẽ. Cọ lăn không bao giờ được lăn theo hướng vuông góc với hướng sợi để tránh sợi có thể bị hỏng. Bước 6: Phủ lớp keo thứ hai và sơn bảo vệ bề mặt tấm FRP Lớp keo thứ hai có thể được phủ lên sau 30 phút kể từ khi đặt và lăn tấm FRP. Đến lúc này lớp keo đầu tiên đã rút hết vào vào tấm FRP. 32
16. rộng nhỏ. Các bước tiến hành tương tự như phương pháp thi công dán khô. a. Tẩm nhựa vào tấm FRP đến khi bão hòa b. Sơn bảo vệ bề mặt tấm FRP Quá trình tẩm nhựa tấm FRP theo phương pháp ướt (wet lay-up) 34
17. ▪ Lựa chọn thời điểm thi công hợp lý: nên chọn vào sáng sớm hoặc chiều tối. ▪ Sử dụng các biện pháp che nắng và che gió. ▪ Giảm nhiệt độ của bê tông bằng cách hạ nhiệt độ cốt liệu, nước trộn, cốp pha,sử dụng xi măng ít toả nhiệt ▪ Trước khi thi công, nên làm ẩm và giảm nhiệt độ bề mặt nền, cốp pha. ▪ Phủ bề mặt bê tông sau khi đổ bê tông (bằng tấm polyethylene hay bao bố ẩm, ). ▪ Sử dụng giải pháp phun hơi sương lên bề mặt bê tông, đặc biệt khi thi công bê tông khối lớn hoặc nhiệt độ không khí cao. ▪ Dùng phụ gia giảm việc thoát hơi nước bề mặt ngay sau khi đổ bê tông và cho đến khi hoàn thiện bề mặt: Đây là biện pháp đang được dùng phổ biến trong thực tiễn xây dựng khi đổ bê tông trong điều kiện thời tiết không thuận lợi. ▪ Đối với bê tông khối lớn, nên áp dụng các giải pháp để đưa nhiệt độ bê tông ra bên ngoài (đặt dàn ống nước trong lòng khối bê tông ) hoặc chia nhỏ khối đổ bê tông. ▪ Khi nhiệt độ không khí chênh lệch giữa ngày và đêm lớn, gây cho bề mặt bê tông bị sốc nhiệt, sinh ứng suất kéo làm nứt bê tông thì có thể phủ lên trên bề mặt bê tông một lớp cốt liệu rồi mới tiến hành phun nước dưỡng ẩm. ▪ Áp dụng các biện pháp dưỡng hộ bê tông ngay sau khi hoàn thiện bề mặt. Điều quan trọng là các biện pháp này cần phải được áp dụng theo đúng qui trình trong suốt quá trình để đảm bảo bê tông đủ cường độ trước khi ứng suất kéo cực đại trong bê tông ở trạng thái dẻo do sức căng bề mặt tăng cao. 36