Tính toán liên kết giữa hai lớp đổ của đài cọc bê tông khối lớn

1. Tính cấp thiết của đề tài

Tính toán liên kết giữa hai lớp đổ của đài cọc bê tông khối lớn . Ngành công nghiệp xây dựng Việt Nam ngày nay đang từng bước tạo nên hình ảnh một đất nước Việt Nam hiện đại với những cao ốc tầm cỡ và cơ sở hạ tầng được cải thiện tốt hơn.Với những công trình có quy mô lớn như vậy trong thiết kế đều có biện pháp thi công bê tông khối lớn đặc biệt là các khối đài cọc lớn cho công trình. Tuy nhiên, hiện tượng nứt do ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn thường xảy ra phổ biến, vì vậy mà trong công tác thiết kế và thi công cho bê tông khối lớn, các biện pháp nhằm giảm thiểu tối đa nhiệt do quá trình thủy hóa của xi măng trong bê tông luôn được quan tâm. Với đài móng bê tông khối lớn, một biện pháp kỹ thuật thường được áp dụng để làm giảm độ chênh nhiệt độ của khối bê tông trong những ngày đầu đóng rắn đó là chia nhỏ khối đổ để thi công.

Tuy nhiên khi đổ bê tông cho đài cọc bê tông khối lớn theo các lớp như vậy, việc tính toán liên kết của liên kết giữa hai lớp đổ chưa được quan tâm một cách đúng mức. Đến thời điểm hiện tại, Việt Nam cũng chưa có tiêu chuẩn đề cập đến việc tính toán liên kết giữa hai lớp đổ khi thi công đài móng bê tông khối lớn. Đề tài ” Tính toán liên kết giữa hai lớp đổ của đài cọc bê tông khối lớn ” được chọn làm nội dung nghiên cứu của luận văn.

2. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tính toán liên kết của liên kết giữa hai lớp đổ của đài cọc bê tông khối lớn theo tiêu chuẩn ACI 318M-11 để đảm bảo khả năng chịu lực cắt, từ đó sẽ đề xuất các cấu tạo cần thiết nhằm tăng liên kết của hai lớp bê tông.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là khả năng chịu cắt tại liên kết giữa hai lớp đổ bê tông khác tuổi.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đài cọc bê tông khối lớn trong các kết cấu nhà nhiều tầng.

4. Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu nêu trên cần sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

• Nghiên cứu lý thuyết về ma sát trượt (shear friction) theo tiêu chuẩn ACI 318M-11.
• Nghiên cứu lý thuyết về sự trượt giữa hai lớp đổ bê tông của đài cọc bê tông khối lớn, từ đó đề xuất các biện pháp tăng liên kết giữa hai lớp đổ bê tông.
• Dựa vào nghiên cứu lí thuyết ở trên để giải một bài toán thường gặp trong thực tế.

5. Kết quả dự kiến

Đề xuất các phương pháp tính toán và biện pháp tăng liên kết giữa hai lớp đổ bê tông của đài cọc bê tông khối lớn.

Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng tính toán và cấu tạo liên kết giữa hai lớp đổ của các kết cấu tương tự.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN

1.1. GIỚI THIỆU VỀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN

1.1.1. Định nghĩa bê tông khối lớn

Kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép được coi là khối lớn khi có kích thước đủ để gây ra ứng suất kéo, phát sinh do hiệu ứng nhiệt thuỷ hoá của xi măng, vượt quá giới hạn kéo của bê tông, làm nứt bê tông, và do đó cần phải có biện pháp để phòng ngừa vết nứt.

Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam kết cấu có cạnh nhỏ nhất (a) và chiều cao (h) lớn hơn 2m có thể được xem là khối lớn. Đối với các kết cấu có dạng ngàm hoặc kết cấu có hình khối phức tạp thì kích thước khối lớn sẽ do người thiết kế xem xét quyết định.

Khi kết cấu có kích thước vượt quá giới hạn trên thì cần phải có giải pháp phòng ngừa nứt bê tông ngay từ trong khâu thiết kế và chuẩn bị thi công. Cụ thể là:

+ Khi a và h đến 1m: Không cần cấu tạo cốt thép chống nứt bê tông.

+ Khi a và h đến 2m: Nên có cấu tạo cốt thép chống nứt bê tông.

+ Khi a và h trên 2m: Cần có thiết kế cốt thép chống nứt và biện pháp phòng ngừa vết nứt trong thi công.

1.1.2 Thành phần vật liệu của bê tông khối lớn

a. Xi măng

Xi măng dùng cho bê tông khối lớn nên chọn các loại sau đây:

+ Xi măng poóc lăng thông thường, có lượng nhiệt thủy hóa sau 7 ngày không quá 70 Cal/g.

+ Xi măng ít tỏa nhiệt, có lượng nhiệt thủy hóa sau 7 ngày không quá 60 Cal/g. Xi măng ít tỏa nhiệt thường phải dùng cho các công trình có yêu cầu đặc biệt về an toàn và chống thấm.

+ Xi măng Pooclăng – puzzơlan (có hàm lượng puzzơlan từ 15% đến 40% khối lượng), hoặc xi măng poolăng – xỉ (có hàm lượng xỉ lò cao 20% 70% khối lượng). Các xi măng này nên sử dụng cho các công trình xây dựng ở vùng ven biển có tiếp xúc với nước chua phèn. Có thể dùng bột puzzơlan hoặc bột xỉ lò cao đã nghiền mịn trộn với xi măng poolăng thường theo một tỷ lệ nhất định để có xi măng poclăng-puzzơlan, hoặc xi măng pooclăng-xỉ. Nhưng cần làm thí nghiệm xác định tính năng yêu cầu của hỗn hợp xi măng trong quá trình thiết kế thành phần bê tông.

b. Cốt liệu

* Cát

Cát dùng cho bê tông khối lớn là cát sông hoặc cát đập từ đá, có mô đun độ lớn không dưới 2,2. Ngoài ra cát cần có chất lượng thỏa mãn các yêu cầu trong các tiêu chuẩn hiện hành về chất lượng cát cho bê tông.

* Đá dăm, sỏi

Đá dăm hoặc sỏi, dùng cho bê tông khối lớn có D_max không dưới 10 và không quá 150. Kích thước D_max của đá dăm, sỏi phải đảm bảo không vượt quá 1/3 khoảng cách nhỏ nhất giữa các cốt thép, và không lớn hơn khoảng cách từ cốt thép biên tới thành cốp pha. Khi hỗn hợp bê tông được vận chuyển trong ống bơm thì D_max cuả cốt liệu lớn phải không vượt quá 1/3 đường kính ống bơm.

Ngoài các yêu cầu trên, đá dăm, sỏi dùng cho kết cấu bê tông khối lớn phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật ghi trong các tiêu chuẩn hiện hành về chất lượng cốt liệu lớn dùng cho bê tông.

c. Nước

Nước dùng để trộn bê tông, bảo dưỡng bê tông và làm lạnh khối bê tông phải là nước sạch, trường hợp không có nước máy phải xử lý và kiểm tra tại phòng thí nghiệm trước khi sử dụng, ngoài ra cần thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật quy định trong các tiêu chuẩn hiện hành về chất lượng nước cho bê tông và vữa.

d. Phụ gia

Các phụ gia thường dùng trong bê tông khối lớn như:

Phụ gia cuốn khí: phụ gia có tác dụng tạo ra rất nhiều các bọt khí nhỏ trong bê tông để nâng cao khả năng chịu đóng băng và tan của bê tông, tăng tính linh động của bê tông khi đổ bê tông trong vùng nhiệt độ thấp.

Phụ gia giảm nước (phụ gia dẻo hóa, dẻo hóa cao, hay siêu dẻo): cho phép giảm nước trong khi trộn để có cùng tính dễ đổ, hoặc tăng tính dễ đổ với cùng hàm lượng nước, tạo điều kiện cho việc làm ướt và thuỷ hoá, làm tăng đáng kể cường độ tuổi sớm của bê tông, làm cho bê tông đặc chắc, tăng độ chống thấm và tăng độ bền.

Phụ gia chậm ninh kết: phụ gia mà khi cho vào hỗn hợp bê tông có tác dụng kéo dài thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông.

e. Thành phần cấp phối cho bê tông khối lớn

Thành phần bê tông khối lớn được thiết kế như đối với bê tông nặng thông thường. Ngoài ra, cần đảm bảo những yêu cầu sau đây trong quá trình thiết kế thành phần bê tông khối lớn:

+ Thành phần bê tông phải đảm bảo nhận được bê tông có cường độ và độ chống thấm đạt yêu cầu thiết kế. Bê tông phải sử dụng được các vật liệu sẵn có tại địa phương, đạt được yêu cầu về độ công tác để dễ thi công, và có hàm lượng xi măng ít nhất. Khuyến khích chọn kích thước cốt liệu lớn đến mức lớn nhất có thể, để giảm lượng xi măng sử dụng. Kích thước cốt liệu lớn cần được chọn cho từng bộ phận kết cấu để đảm bảo sử dụng thích hợp và kinh tế.

+ Để giảm lượng dùng xi măng trong bê tông, đối với các công trình có nhu cầu chịu tải muộn hơn 28 ngày tuổi, có thể thiết kế mác bê tông ở tuổi 60, 90 ngày đến 1 năm (thí dụ đối với đập thủy lợi). Với trang thiết bị thi công hiện có, cần thiết kế thành phần bê tông với độ sụt thấp nhất đến mức có thể.

+ Đối với những công trình có điều kiện thì nên sử dụng kỹ thuật đầm lăn để thi công bê tông. Khi đó việc thiết kế thành phần bê tông đầm lăn sẽ cho phép giảm đáng kể lượng dùng xi măng.

1.2. CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG NỨT CHO BÊ TÔNG KHỐI LỚN

1.2.1. Yếu tố gây nứt bê tông khối lớn

Bê tông khối lớn bị nứt do hiệu ứng nhiệt thuỷ hóa xi măng khi có đủ 2 yếu tố sau đây:

+ Độ chênh nhiệt độ ΔT giữa các điểm hoặc các vùng trong khối bê tông vượt quá 20⁰C: ΔT > 20⁰C.

+ Môđun độ chênh nhiệt độ M_T giữa các điểm trong khối bê tông đạt không dưới 50⁰C/m: M_T > 50⁰C/m.

Để giám sát hai thông số này trong thi công, cần đặt hệ thống các điểm đo trong khối bê tông để khảo sát diễn biến nhiệt độ bê tông trong quá trình đóng rắn. Trong đó cần phải có các điểm đo tại tâm khối đổ, tại sát cạnh ngoài và tại điểm cách mặt ngoài bê tông khoảng 40÷50cm.

Vậy để đảm bảo cho khối bê tông không bị nứt thì cần phải có biện pháp kỹ thuật để loại trừ một trong hai yếu tố trên. Biện pháp kỹ thuật ở đây là:

+ Hạn chế tốc độ phát nhiệt thủy hóa của xi măng trong bê tông.

+ Hạn chế độ chênh lệch nhiệt độ ΔT.

1.2.2. Biện pháp hạn chế tốc độ phát nhiệt thủy hóa của xi măng trong bê tông

Các biện pháp sau đây cho phép hạn chế tốc độ phát nhiệt thủy hóa của xi măng trong bê tông:

a. Hạn chế lượng dùng xi măng

Có thể dùng một trong các biện pháp sau:

+ Thiết kế thành phần bê tông có độ sụt nhỏ nhất tới mức có thể.

+ Sử dụng phụ gia để giảm nước trộn bê tông.

+ Dùng bê tông đầm lăn: Bê tông đầm lăn có độ sụt bằng không rất khô. Hỗn hợp cốt liệu, xi măng và nước được nhào trộn như đối với bê tông thường bằng các máy trộn thích hợp, có thể bổ sung thêm tro bay. Bê tông đầm lăn được thi công thành từng lớp đủ mỏng để đầm chặt. Để đạt hiệu quả, bê tông đầm lăn phải đủ khô để đầm lăn nhưng cũng phải đủ ướt để rắn chắc.

b. Dùng xi măng ít tỏa nhiệt

Tuỳ theo nhiệt thuỷ hoá và mác xi măng, xi măng poóc lăng ít toả nhiệt được phân làm 3 loại : PC_LH30A, PC_LH30, PC_LH40.

c. Hạ nhiệt độ hỗn hợp bê tông

Nhiệt độ của bê tông sau khi trộn ảnh hưởng đến nhiệt độ bê tông lúc đổ. Để khống chế nhiệt độ này, nhất là vào mùa hè nắng nóng, cần phải có biện pháp hạ thấp nhiệt độ các vật liệu thành phần của bê tông và nước, và che đậy bảo vệ hỗn hợp bê tông trước khi đổ. Dưới đây là các biện pháp cụ thể:

* Biện pháp hạ nhiệt độ cốt liệu

Có thể sử dụng các biện pháp kỹ thuật dưới đây để hạ nhiệt độ vật liệu đầu vào nhằm hạ nhiệt độ hỗn hợp bê tông trước lúc đổ:

+ Che chắn nắng kho chứa cốt liệu: Các kho chứa cát, đá dăm, sỏi cần được che chắn khỏi tác động trực tiếp của bức xạ mặt trời làm nóng vật liệu chứa trong kho.

+ Phun nước lên đá dăm, sỏi: Đá dăm, sỏi trong kho chứa được phun nước theo chu kỳ để giữ ướt bề mặt tạo cơ chế nước bay hơi làm hạ nhiệt độ vật liệu.

+ Làm lạnh cát bằng nước lạnh: Dòng nước lạnh từ máy làm lạnh được chạy qua hộc chứa cát để hạ thấp nhiệt độ cát trước khi trộn, phương pháp này cho phép hạ thấp nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 4⁰C. Nước đã qua cát sẽ trở về máy làm lạnh để làm lạnh trở lại.

+ Nhúng đá dăm sỏi vào nước lạnh: Đá dăm, sỏi trong thùng chứa có đáy và thành hở được nhúng vào nước đã được làm lạnh để hạ thấp nhiệt độ vật liệu. Sau đó đổ lên băng tải rung để loại bớt nước thừa trước khi đưa vào máy trộn. Phương pháp này cho phép hạ nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 12⁰C.

+ Phun nước lạnh lên cốt liệu: Nước làm lạnh đến khoảng 4⁰C được phun lên cát hoặc đá dăm, sỏi chạy trên băng chuyền trước khi vào máy trộn, phương pháp này cho phép hạ nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 7⁰C.

+ Làm lạnh chân không: Cát hoặc đá sỏi trong xi lô hay thùng chứa dung tích 100÷300 tấn được tạo chân không (6mm thủy ngân) để tạo cơ chế hạ thấp nhiệt độ sôi và tăng khả năng hấp thụ nhiệt hóa hơi của nước. Do đó nước dễ dàng bay hơi khỏi cốt liệu làm hạ thấp nhiệt độ cốt liệu. Thời gian nhúng được xác định sao cho lạnh thấm vào hết hạt cốt liệu lớn. Phương pháp này cho phép hạ thấp nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 18⁰C.

Tuỳ theo điều kiện và yêu cầu thi công cụ thể có thể áp dụng một hoặc một số giải pháp hạ nhiệt độ cốt liệu nêu trên. Đồng thời, khi thiết kế thành phần bê tông cần phải tính đến lượng nước hấp thụ của cốt liệu khi đã qua xử lý làm lạnh nêu trên.

* Biện pháp hạ thấp nhiệt độ nước trộn bê tông

Sử dụng nước đá: Nước đá bào được làm từ nước đá cục đập nhỏ hay được sản xuất bằng máy làm nước đá bào, hoặc nước đá ở dạng viên chế sẵn được dùng thay nước trộn bê tông. Tùy theo yêu cầu thi công, có thể thay thế nước đá một phần hay toàn bộ nước trộn. Sử dụng nước đá cho phép hạ thấp nhiệt độ hỗn hợp bê tông khoảng 12⁰C.

Làm lạnh nước bằng nitrogen lỏng: Nitrongen lỏng (ở nhiệt độ -196⁰C) được dẫn trong hệ thống ống đi qua thùng chứa nước trước khi sử dụng để trộn bê tông. Phương pháp này cho phép hạ thấp nhiệt độ nước trộn có thể xuống tới 1⁰C.

Hình 1.1 trình bày một sơ đồ hệ thống làm lạnh nước, bao gồm một bảng điều khiển lưu lượng nitrogen và hai ống để dẫn nitrogen vào nước. Tính năng đặc trưng của hệ thống này là kiểm soát nhiệt độ tự động cho phép chọn trước nhiệt độ yêu cầu.

Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống làm lạnh nước sử dụng dung dịch Nitơ lỏng

* Che đậy hỗn hợp bê tông

Hỗn hợp bê tông chạy trong ống bơm hay trên băng chuyền hoặc nằm trong thùng vận chuyển bằng cẩu vào mùa hè cần được che đậy để tránh tác động trực tiếp của bức xạ mặt trời, làm nóng hỗn hợp bê tông trước khi đổ.

1.2.3. Biện pháp hạn chế độ chênh nhiệt độ khối bê tông

Độ chênh nhiệt độ lớn giữa các phần của khối bê tông là nguyên nhân chủ yếu gây hiệu ứng nhiệt làm nứt bê tông. Các biện pháp kỹ thuật sau đây có thể làm giảm độ chênh nhiệt độ ΔT của khối bê tông trong những ngày đầu đóng rắn:

+ Đưa nhiệt trong khối bê tông ra ngoài.

+ Bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ.

+ Chia nhỏ khối đổ để thi công.

+ Chống xung nhiệt khi tháo dỡ cốp pha.

+ Chống mất nhiệt nhanh ở các gờ cạnh và góc kết cấu.

a. Đưa nhiệt trong khối bê tông ra ngoài

Do nhiệt độ ở tâm khối đổ thường lớn hơn nhiều so với nhiệt độ vùng xung quanh, nên việc đưa nhiệt từ vùng tâm khối đổ thoát ra ngoài sẽ làm giảm độ chênh nhiệt độ ΔT giữa lớp bê tông trong và ngoài khối đổ. Có thể thực hiện việc này bằng cách đặt một dàn ống thoát nhiệt bằng kim loại trong lòng khối đổ. Sau đó bơm nước lạnh chạy qua dàn ống để đưa nhiệt trong khối đổ ra ngoài. Việc đặt dàn ống này cần phải do các nhà chuyên môn tính toán về phạm vi không gian thoát nhiệt và khả năng trao đổi nhiệt của dàn ống.

Những thông số sau đây của dàn ống có thể được tham khảo để tính toán:

+ Dùng ống thép có đường kính (25÷30)mm, thành ống dày 1,5 mm, kích thước dàn ống được xác định trên cơ sở kích thước khối bê tông cần thoát nhiệt.

+ Dùng nước lạnh tự nhiên từ mạng cấp nước thành phố hoặc nước sông, hồ, hoặc nước đã được làm lạnh trước để cấp cho dàn ống.

+ Tốc độ bơm nước qua dàn cần đạt (15÷17) lít/phút.

Thông thường nhiệt độ nước cấp có thể để ở nhiệt độ không khí tự nhiên. Đối với những công trình cần dùng nước đã được làm lạnh trước thì nhiệt độ nước cấp vào dàn ống có thể để ở khoảng trên 3⁰C. Khi cần nước lạnh hơn thì có thể dùng 70% nước và 30% propylene glycol (chất chống đóng băng), khi đó nhiệt độ nước cấp có thể thấp ở mức 1⁰C.

Hệ thống làm lạnh nhận tạo thì hiệu quả hơn khi hạ nhiệt độ bê tông với nhiệt độ nước lạnh hơn và tốc độ dòng nước lạnh chảy cao hơn. Nếu nhiệt độ của dòng nước chảy quá thấp, sẽ tạo ra gradient nhiệt độ lớn hơn ở vùng diện tích ống làm lạnh, kết quả là sự phát triển có hại của nứt do nhiệt. Vì vậy, yêu cầu phải khống chế nhiệt độ chênh lệch giữa dòng nước và bê tông xung quanh ống trong khoảng 20^oC. Về phương hướng của dòng chảy, yêu cầu phải quay vòng theo chu kỳ để không làm mất cân bằng nhiệt độ bên trong của đoạn bê tông dưới sự làm lạnh nhân tạo. Một cách tổng quát, tiến hành chuyển đổi đầu vào và đầu ra của dòng chảy theo chu kỳ từ 12h đến 24h.

Dàn ống thoát nhiệt được duy trì hoạt động liên tục trong thời gian 7-10 ngày, tùy theo mức yêu cầu thoát nhiệt và hiệu quả thoát nhiệt của dàn ống. Cần có biện pháp theo dõi diễn biến nhiệt độ của khối bê tông trong thời gian dàn ống hoạt động bằng cách lắp đặt nhiệt kế và dụng cụ đo lưu lượng tại những vị trí thích hợp trong khối bê tông.

Hình 1.2. Sơ đồ đặt dàn ống thoát nhiệt cho khối lớn bê tông.

Xử lý dàn ống thoát nhiệt sau khi ngừng hoạt động: Sau khi kết thúc quá trình thoát nhiệt khối bê tông, dàn ống thoát nhiệt được bơm rửa sạch trong lòng ống, đuổi hết nước ra khỏi dàn ống và bơm ép vữa xi măng cát lấp đầy tất cả các ống của dàn. Vữa xi măng cát có cường độ không thấp hơn cường độ vữa trong bê tông. Khi vữa đã đóng rắn thì cắt bỏ các phần ống thừa ra ngoài khối bê tông. Kết cấu của dàn ống thoát nhiệt phải được thiết kế sao cho đảm bảo việc bơm vữa sau này được thực hiện dễ dàng, không gây ách tắc trong quá trình bơm.

b. Bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ

– Nguyên tắc chung

Biện pháp bọc vật liệu cách nhiệt cho phép giữ cho nhiệt thủy hóa của xi măng không thoát ra ngoài, mà tích tụ trong khối bê tông và cân bằng nhiệt giữa vùng tâm với vùng xung quanh khối đổ. Biện pháp này chỉ được áp dụng đối với các kết cấu bê tông có khối tích cho phép đổ liên tục và kết thúc trong thời gian không quá 2 ngày đêm.

– Vật liệu cách nhiệt sử dụng

Có thể dùng các vật liệu cách nhiệt sau đây để bọc xung quanh khối đổ:

+ Vật liệu tấm: Tấm xốp polystyrene hoặc polyurethane dày (4÷5) cm, có khối lượng thể tích không dưới 20 kg/m³ (dùng để bọc bề mặt và thành bê tông). Tấm bông khoáng có chiều dày (7÷10) cm (dùng để bọc bề mặt và thành bê tông).

Hình 1.3. Bảo dưỡng với các tấm xốp polyethylene chứa các bọt không khí.

+ Vật liệu rời: Hạt polystyrene xốp với chiều dày không dưới 10 cm (dùng để phủ bề mặt bê tông). Có thể dùng trấu thóc với chiều dày không dưới 15 cm (dùng đổ phủ mặt bê tông). Các vật liệu cách nhiệt trên cần phải gữi ở trạng thái khô, độ ẩm không quá 12%.

– Quy trình bọc vật liệu cách nhiệt

+ Bọc thành xung quanh khối đổ: Vật liệu tấm cách nhiệt được bọc áp sát mặt ngoài cốp pha thành trước lúc đổ bê tông. Cần có biện pháp che chắn mặt ngoài để chống mưa làm ướt vật liệu cách nhiệt.

+ Phủ mặt bê tông: Sau khi hoàn thiện bề mặt bê tông cần nhanh chóng thực hiện việc phủ vật liệu cách nhiệt lên bề mặt bê tông, bởi khi tuổi bê tông còn nhỏ , sự phát triển nhiệt thủy hóa nhanh hơn. Đầu tiên cần trải một lớp nilon polyethylene để ngăn nước trong bê tông tiếp xúc với vật liệu cách nhiệt. Sau đó xếp kèm các tấm vật liệu cách nhiệt, hoặc trải các vật liệu rời cho đủ chiều cao yêu cầu và phủ kín bề mặt bê tông. Đối với vật liệu rời thì nhất thiết phải có lớp che đậy ở phía trên (như vải bạt, nilon v.v…) để giữ ổn định lớp vật liệu này và chống mưa làm ướt chúng. Đối với vật liệu tấm thì có thể tùy tình hình thời tiết có mưa hay không để giải quyết việc có cần che đậy phía trên hay không.

Đối với các khối đổ có diện tích bề mặt lớn thì hoàn thiện bề mặt bê tông đến đâu, tiến hành phủ vật liệu cách nhiệt ngay đến đấy.

Sơ đồ bọc vật liệu cách nhiệt cho khối đổ xem hình 1.4.

– Dỡ vật liệu cách nhiệt và cốp pha thành

+ Vật liệu cách nhiệt được dỡ khi bê tông đã có không ít hơn 5 ngày tuổi. Dỡ làm 2 bước: Đầu tiên dỡ bung các tấm vật liệu cách nhiệt ra nhưng chưa chuyển đi. Đối với vật liệu rời thì tháo dỡ lớp nilon phía trên và xáo trộn lớp vật liệu rời. Ngày hôm sau mới tháo dỡ vật liệu cách nhiệt chuyển ra khỏi khối bê tông (cho cả thành và mặt bê tông).

+ Tiếp đó cốp pha thành được tháo bung ra và cũng qua một ngày mới chuyển ra khỏi mặt thành bê tông. Không dỡ vật liệu cách nhiệt và cốp pha vào lúc trời mưa.

Cần có biện pháp theo dõi diễn biến nhiệt độ trong khối bê tông trong suốt thời gian không ít hơn 7 ngày tuổi của bê tông.

Hình 1.4. Sơ đồ bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ

1. Nilon phủ tránh mưa; 2. Lớp bông khoáng dày (7÷10)cm; 3. Nilon đậy mặt

bê tông; 4.Tấm xốp polystyrene dày (4÷5)cm; 5. Bê tông khối lớn; 6. Cốp pha thành.

c. Chia nhỏ khối đổ để thi công

– Nguyên tắc chung

Đối với các khối bê tông có thể tích lớn, không thể thi công xong trong thời gian ngắn, thì có thể chia khối đổ thành các phần nhỏ để thi công.

Các phần của khối đổ được chia với kích thước sao cho có một cạnh hoặc chiều cao nhỏ hơn 2m. Kích thước này có thể lớn hơn nếu kết cấu đã được tính cốt thép phòng chống nứt cho khối lớn. Khi đó người thiết kế sẽ quy định cụ thể kích thước chia nhỏ khối đổ. Tuỳ theo đặc điểm của kết cấu, người thiết kế sẽ quyết định vị trí chia khối đổ sao cho đảm bảo tính toàn vẹn và sự làm việc bình thường của khối bê tông sau này.

– Phương pháp chia nhỏ khối đổ

Đầu tiên cần xem xét khả năng chỉ chia khối đổ theo chiều cao, sao cho một đợt đổ không quá 1,5m và có thể đổ hết độ cao của đợt trong thời gian không quá 2 ngày đêm.

Trường hợp diện tích bề mặt khối đổ quá lớn, không thể đáp ứng được yêu cầu về thời gian nêu trên nếu chỉ chia khối bê tông theo chiều cao, thì cần phải chia khối đổ cả theo mặt bằng. Sơ đồ chia khối đổ theo mặt bằng xem ở hình 1.5.

Hình 1.5. Sơ đồ mặt bằng chia khối đổ thành các phần nhỏ.

– Thi công các phần của khối đổ

Việc thi công các phần của khối đổ được thực hiện theo trật tự sao cho mỗi phần đều có thể thoát nhiệt thủy hóa xi măng nhanh nhất mà tiết kiệm được thời gian thi công (hình 1.5 làm thí dụ).

Khi phần đổ sau có một hoặc nhiều cạnh áp sát với phần đổ trước thì phần đổ sau chỉ bắt đầu đổ khi bê tông ở phần đổ trước đã đủ tuổi không dưới 4 ngày đêm.

Khi chiều cao của các phần khối đổ lớn hơn 1,5m thì cần chia chiều cao thành các đợt đổ, mỗi đợt không cao quá 1,5m. Đợt sau bắt đầu đổ khi bê tông đợt trước đã có tuổi không dưới 4 ngày đêm.

Cần có biện pháp theo dõi quá trình diễn biến nhiệt độ của các phần khối đổ trong quá trình đổ bê tông.

d. Chống xung nhiệt khi tháo dỡ cốp pha

Để tránh tác động xung nhiệt cho lớp bê tông xung quanh phía ngoài khối đổ, việc tháo dỡ cốp pha cần đảm bảo những yêu cầu sau đây:

+ Chỉ tháo cốp pha thành khi bê tông đã có tuổi không ít hơn 5 ngày đêm.

+ Tháo cốp pha làm 2 bước: Đầu tiên tháo bung thành cốp pha nhưng vẫn để cốp pha tại chỗ. Sau một ngày đêm mới chuyển cốp pha đi.

+ Đối với các kết cấu có dùng biện pháp bọc vật liệu cách nhiệt thì việc tháo dỡ vật liệu cách nhiệt và cốp pha thành được thực hiện theo các qui định riêng.

e. Chống mất nhiệt nhanh ở các gờ cạnh và góc kết cấu

Các gờ cạnh và góc kết cấu bê tông khối lớn thường bị mất nhiệt nhanh, tạo ra chênh lệch lớn giữa nhiệt độ của gờ cạnh hoặc góc với nhiệt độ khối bê tông, chừng mực nào đó có thể gây nứt bê tông ở các vị trí này. Vì vậy cần có biện pháp bảo vệ để tránh mất nhiệt nhanh cho các gờ cạnh và góc kết cấu.

1.3. THI CÔNG BÊ TÔNG KHỐI LỚN

1.3.1. Chuẩn bị trước thi công

a. Các vấn đề chung

Bê tông khối lớn là một thách thức thật sự bởi khối lượng thi công lớn, kéo theo sự tăng nhiệt độ gây nên nứt trong bê tông. Chính vì vậy, cần thiết phải có kế hoạch thi công và kế hoạch kiểm soát chất lượng trước khi thi công để khắc phục các ảnh hưởng có hại của hiện tượng nứt do nhiệt.

Thời tiết hay điều kiện thi công có thể khác biệt đáng kể với giả thuyết khi tính toán kế hoạch kiểm soát vết nứt nhiệt của kết cấu bê tông khối lớn, có thể là sự khác biệt về mùa hay các điều kiện khí tượng học khi đổ bê tông, hay sự khác biệt trong việc cung ứng vật liệu, thời điểm thi công, hay phương pháp thi công. Trong những trường hợp như vậy, có thể khó khăn để đạt được các mục tiêu kiểm soát sự nứt do nhiệt ngay cả khi công tác thi công và quản lí chất lượng được thực hiện kỹ lưỡng đến mức nào. Do đó, việc xem xét và điều chỉnh kế hoạch kiểm soát chất lượng, như là thiết kế các mối nối thi công hay thứ tự lắp đặt cốt thép, việc lựa chọn vật liệu, việc sản xuất bê tông, phương pháp thi công, phương pháp kiểm soát chất lượng, sẽ cần thiết khi điều kiện môi trường hay điều kiện thi công khác biệt đáng kể với các giả thuyết tính toán ban đầu.

Trong một giai đoạn thi công nào đó, khi phán đoán được các mục tiêu kiểm soát chất lượng khó đạt được, mặc dù đã thực hiện đúng với kế hoạch thi công, cần nhanh chóng đưa ra các giải pháp, và kế hoạch thi công cần được xem xét lại.

Các thông tin về thi công và kiểm soát chất lượng cần được ghi chép lại và lưu trữ để đánh giá ngay cả khi công tác thi công được tiến hành cẩn thận theo kế hoạch thi công.

b. Kế hoạch thi công

Việc lập kế hoạch thi công phải bao gồm tất cả các phương diện về sản xuất, chuyên chở, đổ, đầm bê tông và xử lý các vị trí giáp nối. Hơn nữa, việc lập kế hoạch thi công cần xem xét kích thước của một đợt đổ bê tông, phương pháp bảo dưỡng và thời gian tháo ván dỡ ván khuôn.

Để đạt được mục tiêu thi công chung, thì mỗi hạng mục thi công phải được hoàn thành một cách an toàn, vì vậy sau khi đã có kế hoạch thi công chung, cần thiết phải triển khai việc chuẩn bị đầy đủ tài liệu thi công cho từng hạng mục riêng.

Kế hoạch thi công cần bao gồm các tiêu chuẩn cho ứng phó lại những thay đổi khí hậu nhanh chóng không mong đợi có thể vượt quá các giả định trong suốt quá trình thi công.

c. Kế hoạch kiểm soát chất lượng

Kế hoạch kiểm soát chất lượng cần được làm để có thể xác nhận rằng các hạng mục trong kế hoạch được thực hiện trong thực tế thông qua việc đo lường sự phát triển cường độ, nhiệt độ, ứng suất, biến dạng bê tông cũng như yêu cầu của từng tình huống cụ thể.

Nói chung, đối với vấn đề kiểm soát chất lượng về nứt do nhiệt trong kết cấu bê tông khối lớn, cần phải xác nhận rằng có hay không việc thi công được thực hiện theo đúng với kế hoạch thi công trong mỗi giai đoạn thi công, như việc lựa chọn vật liệu cho bê tông, thiết kế cấp phối bê tông, vận chuyển, đổ, đầm, tháo dỡ cốppha, bảo dưỡng,…, vậy các yếu tố cần được kiểm tra sẽ là loại xi măng, hàm lượng xi măng, nhiệt độ bê tông lúc nghiệm thu, nhiệt độ bê tông trong và sau khi đổ, thời gian tháo cốppha, tính năng kĩ thuật của vật liệu bảo dưỡng, và thời gian tháo dỡ vật liệu bảo dưỡng. Khi kiểm soát nhiệt độ bê tông, cần kiểm soát nhiệt độ lúc đổ, các cấp tăng nhiệt độ, nhiệt độ cực đại,…so với các giá trị tiêu chuẩn của chúng đã được qui định. Các đo đạc này sẽ được qui định trong kế hoạch kiểm soát chất lượng để xác nhận là việc thi công có được thực hiện theo đúng kế hoạch không.

Kế hoạch kiểm soát chất lượng với từng hạng mục công trình được xác định dựa vào tầm quan trọng và các yêu cầu đối với công trình.

Để việc kiểm soát diễn ra đúng kế hoạch, cần thiết phải chỉ định người chuyên trách cho việc kiểm soát chất lượng. Cũng cần thiết phải làm các tài liệu kiểm soát, bao gồm chi tiết của công tác kiểm soát cho mỗi hạng mục cần kiểm tra (thời gian, tần số,…), loại và vị trí của thiết bị đo trong trường hợp công tác đo lường được tiến hành, và phương pháp xử lý dữ liệu đo được để đánh giá chất lượng thi công.

1.3.2. Triển khai thi công

Việc thi công sẽ được thực hiện phù hợp với tài liệu thi công. Kết quả của quá trình thi công sẽ phản ảnh hiệu quả của công tác kiểm soát chất lượng. Nếu các giá trị đo được của các hạng mục kiểm soát chất lượng đáp ứng các giá trị tiêu chuẩn yêu cầu, việc thi công sẽ được tiếp tục và nếu không, các giải pháp thích hợp cần được thực hiện và nguyên nhân cần được làm rõ, kết quả thu được sẽ phản ánh trong tài liệu xây dựng của quá trình tiếp theo.

Khi gặp tình huống bất ngờ như sự thay đổi đột ngột của thời tiết hay nhiệt độ tăng cao hơn trong bê tông so với giả định, đó sẽ là trường hợp tiến trình thi công hay sự đảm bảo chất lượng công trình bị trở ngại và mục tiêu kiểm soát sự nứt do nhiệt không đạt được. Trong những trường hợp như vậy, những giải pháp khẩn cấp cần được tiến hành để giảm thiểu ảnh hưởng từ thời điểm đó trở đi. Thuật ngữ “hành động khẩn cấp” ở đây thể hiện việc sử dụng thêm các vật liệu bảo dưỡng hay kéo dài thời gian bảo dưỡng khi gặp các trường hợp như: nhiệt độ bên trong khối bê tông thay đổi lớn hơn dự đoán hay vết nứt lớn hơn giả định.

a. Lựa chọn cốppha cho bê tông khối lớn

Vật liệu để sử dụng làm cốppha được chọn dựa trên sự cân nhắc về loại kết cấu, hình dạng của nó, cấp phối của bê tông, và các điều kiện khí tượng học. Để giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài của bê tông, điều này thuận lợi khi sử dụng cốppha gỗ, độ dẫn nhiệt của nó thì nhỏ. Trong thời tiết lạnh, tấm xốp cách nhiệt có thể sử dụng lúc này. Xét một khía cạnh khác, việc sử dụng cốppha gỗ làm tăng nhiệt độ bê tông và điều này có thể bất lợi cho sự nứt do nhiệt khi kết cấu dạng tường với bề dày nhỏ hơn khoảng 1m, và sự ràng buộc mặt ngoài chiếm ưu thế.

b. Khe nối kiểm soát nứt

Các khe co ngót, đường rãnh (mạch co) cũng đảm nhiệm như một sự xử lí bổ sung dự phòng sự nứt do nhiệt. Trong bê tông khối lớn, ảnh hưởng chống nứt của các đường rãnh thì chưa đủ trong hầu hết các trường hợp, cần thiết phải giữ tỉ số giảm biến dạng ở mức yêu cầu bằng việc lắp đặt vật liệu như tấm thép hay thanh PVC cho việc thi công bảo đảm hơn.

Để đề phòng sự thấm nước từ các vết nứt tại khe co giãn, một tấm cản nước (water stop hay cut-off plate) thường được dùng đặt trong khe nối. Gần đây, để tiết kiệm công lao động định vị tấm cản nước và cũng như cải tiến phương pháp thi công, một phương pháp khác đã được dùng là dán cao su chưa lưu hóa (non-vulcanized rubber), sự dính bám của chúng vào bê tông và vào một vật liệu nối (như là một tấm thép) rất cao.

a. Ví dụ về khe kiểm soát vết nứt và đường rãnh (mạch co) b. Ví dụ về cấu tạo khe kiểm soát nứt

c. Ví dụ về khe kiểm soát nứt d. Ví dụ về xử lí bổ xung tại đường rãnh

Hình 1.6. Khe xử lí nứt.

Hình 1.6 trình bày một ví dụ của một khe co giãn bao gồm thành phần A và B, vật liệu của chúng là cao su chưa lưu hóa. Loại mối nối này có thể phối hợp với việc sử dụng tấm cản nước. Hiển nhiên việc lắp đặt tấm cản nước trong kết cấu, đặt biệt là khi yêu cầu độ chống thấm cao thì cần thiết bởi vì tác dụng của việc sử dụng cao su chưa lưu hóa chưa được công nhận đầy đủ mặc dù có một số ghi chép trước đây đã thi công công tác chống thấm với nó.

Cần thực hiện các công tác thi công bổ sung khi xuất hiện vết nứt, như dừng việc thấm nước qua vết nứt hay ngăn chặn sự rỉ cốt thép, một ví dụ được trình bày trong hình 1.6.

Xét trên phương diện khác, nếu đường rãnh của khe nối làm giảm sút tuổi thọ hay giảm tính thẩm mỹ của công trình, cần áp dụng các biện pháp xử lí bổ sung các đường rãnh tại khe nối. Ví dụ điển hình của việc xử lí bổ sung tại đường rãnh của khe nối được trình bày ở hình 1.6. Phương pháp lấp đầy đường rãnh được sử dụng rộng rãi với vật liệu trám kín gốc polyurethane, polysulphide, silicone, epoxy, polyester,…

c. Sự vận chuyển, đổ và đầm bê tông

* Vận chuyển bê tông

Để giữ nhiệt độ bê tông lúc đổ thấp hơn nhiệt độ giới hạn, sự tăng nhiệt độ trong suốt quá trình đổ phải được kiểm soát. Bởi vì nhiệt độ bê tông lúc đổ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ bê tông lúc vừa trộn xong, nhiệt độ xung quanh trong suốt quá trình vận chuyển, và thời gian cho vận chuyển, do đó cần thực hiện những biện pháp có thể để khống chế sự tăng nhiệt độ trong suốt quá trình vận chuyển. Những biện pháp có thể này bao gồm để các xe trộn đợi trong bóng râm, bảo vệ ống bơm bê tông khỏi bức xạ mặt trời,…

Bê tông tươi sẽ phải vận chuyển nhanh chóng để tránh sự phân tầng vật liệu, sau đó là đổ ngay và cuối cùng là đầm nén vừa đủ.

Thời gian chờ bê tông không nên quá 1,5h. Được phép tối đa đến 4h. Cứ sau 0,5h phải trộn lại 1 lần và trước khi đổ phải trộn lại bê tông. Nếu vận chuyển bằng bơm thì trong thời gian chờ bê tông, cứ 0,5h lại phải đẩy bê tông trong ống bơm dịch đi khoảng 20cm.

* Đổ và đầm bê tông

Bê tông khối lớn được đổ và đầm theo phương pháp dùng cho bê tông nặng thông thường. Ngoài ra cần đảm bảo những yêu cầu sau đây:

+ Chiều cao mỗi đợt đổ: Một đợt đổ liên tục có chiều cao không quá 1,5m. Thời gian chờ để đổ tiếp đợt phía trên không ít hơn 4 ngày đêm tính từ lúc đổ xong đợt đổ dưới.

+ Chiều cao lớp đổ: Chiều cao mỗi lớp đổ được quy định tùy theo đặc điểm của kết cấu và thiết bị thi công nhưng không nên vượt quá 50cm. Các lớp đổ cần được đổ và đầm liên tục quay vòng cho tới khi đạt đủ chiều cao của một đợt đổ. Thời gian quay một vòng lớp đổ không nên quá 1h vào mùa hè và 2h vào mùa đông, tùy theo thời tiết.

+ Thi công ban đêm: Vào mùa hè, đổ bê tông ban đêm có tác dụng hạn chế tốc độ phát nhiệt thuỷ hóa của xi măng.

Đối với các kết cấu dùng bê tông đầm lăn thì quy trình thi công, chiều cao lớp đổ được người thi công xác định tùy theo đặc tính của thiết bị đầm lăn.

d. Mạch ngừng thi công

Bề mặt bê tông của mỗi đợt đổ cần phải được giữ gìn để tránh những tác động cơ học (như đi lại, kéo thiết bị đi qua, va đập v.v…), và tránh làm bẩn bề mặt bê tông (như rơi vãi vật liệu, rác, dầu mỡ v.v…).

Khi thi công mạch ngừng ngang, lớp váng xi măng (laitance) trên bề mặt lớp bê tông cần được loại bỏ. Thời gian thích hợp cho việc xử lí bề mặt như là hoàn thiện bề mặt hay loại bỏ váng xi măng (laitance) trước khi bê tông đông cứng khác nhau phụ thuộc vào đặc tính của bê tông hay điều kiện thời tiết. Khi nhiệt độ xung quanh cao và khô, việc xử lí bề mặt một cách thích đáng có thể là không thể cho thi công bê tông khối lớn với diện tích lớn bởi bề mặt bê tông đông cứng nhanh hơn. Vì vậy, cần thiết phải đưa ra sự cân nhắc về diện tích thi công của một phân đoạn, điều chỉnh tính chất của bê tông, điều kiện khí tượng học, tốc độ hoàn thiện bề mặt,…khi làm kế hoạch thi công. Mạch ngừng thi công cần được làm phẳng, sau đó làm chậm sự đông cứng của bề mặt bê tông bởi phun hóa chất hãm trên bề mặt của bê tông và tẩy rửa váng xi măng với nước áp lực cao trong những ngày kế tiếp. Nó được xem như một phương pháp thích hợp cho việc thi công diện tích lớn bê tông khối lớn.

Trong trường hợp mạch ngừng đứng của bê tông khối lớn, ứng suất kéo có khuynh hướng xuất hiện khi tuổi bê tông còn tương đối sớm. Thi thiết kế và thi công mạch ngừng thẳng đứng, cần định rõ vị trí mạch ngừng, lực có thể chịu được, tuổi thọ, khả năng chống thấm,…

Trước khi đổ tiếp đợt sau, bề mặt đợt trước cần được làm nhám, rửa sạch, tưới nước + xi măng. Xong trải một lớp vữa xi măng cát dày 1÷1,5 cm có thành phần giống như vữa xi măng cát trong bê tông. Đổ bê tông đến đâu, trải vữa xi măng + cát đến đấy. Khi dùng chất trợ dính để xử lý bề mặt bê tông thì thực hiện theo chỉ dẫn của nhà sản xuất chất trợ dính. Đối với các công trình có yêu cầu chống thấm cao (thí dụ các đập thủy lợi), tại nơi tiếp giáp các đợt đổ có thể phải khoan phun ép hồ xi măng sau khi dỡ cốp pha.

e. Bảo dưỡng bê tông

Sau khi được đổ, bê tông sẽ được bảo dưỡng cẩn thận để bảo vệ bê tông khỏi bức xạ mặt trời chiếu trực tiếp, gió, sự khô nhanh, và nhiệt độ thấp. Trong trường hợp kết cấu sàn, đòi hỏi phải chú ý bảo dưỡng ngay sau khi hoàn thành bởi diện tích thi công lớn và nứt do sự co ngót dẻo gây ra bởi việc khô nhanh sau khi hoàn thành có khuynh hướng xảy ra. Bởi vì bề mặt có thể bị làm lạnh nhanh chóng do sự thay đổi nhanh nhiệt độ xung quanh hay do ảnh hưởng bởi gió,…nên những biện pháp đối phó như giữ nhiệt, tấm chắn gió, biện pháp chống khô nhanh cần được tiến hành với bảo dưỡng kết cấu dạng tấm. Sự bảo dưỡng vẫn cần được tiến hành nếu nhiệt độ bề mặt bê tông không hạ thấp hơn ngưỡng nhiệt độ và cho phép nhiệt độ bê tông và nhiệt độ xung quanh đạt đến sự cân bằng chậm như có thể.

Bảo dưỡng giữ nhiệt thì hiệu quả để giảm ứng suất nhiệt do sự cản trở bên trong, bởi sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và bên trong thì thu hẹp do sự tăng nhiệt độ khi bề mặt bê tông được giữ nhiệt do nhiệt thủy hóa. Các phương pháp, sử dụng vật liệu cho bảo dưỡng giữ nhiệt là bằng nước, tấm bảo dưỡng, tấm che dưỡng hộ hay vật liệu bảo toàn nhiệt được sử dụng riêng hoặc kết hợp.

Nếu sự thay đổi thời tiết xảy ra nhanh vượt quá điều kiện giả định ban đầu, ngay cả khi việc bảo dưỡng thực hiện đầy đủ theo các phương pháp trong kế hoạch thi công, vẫn khó để đạt mục tiêu kiểm soát nứt do nhiệt. Vì vậy kế hoạch thi công sẽ bao gồm trước các giải pháp bổ sung để đối phó trong trường hợp khẩn cấp và thực hiện thi công các tấm che bảo dưỡng, vật liệu bảo toàn nhiệt khi cần thiết.

1.3.3. Thực hiện kiểm soát chất lượng thi công bê tông khối lớn

a. Tổng quan về kiểm soát chất lượng thi công bê tông khối lớn

Việc kiểm soát chất lượng sẽ được tiến hành dựa trên các tài liệu kiểm soát chất lượng đã được chuẩn bị trước.

Khi mục tiêu kiểm soát được phán đoán không thể đạt được do thực tế giá trị kiểm soát đã vượt quá giá trị tiêu chuẩn, và kết quả sẽ nhanh chóng phản ảnh trong thi công.

Trong quản lí chất lượng về sự nứt do nhiệt, cần được xác nhận có xảy ra sự nứt nhiệt không, hay bề rộng vết nứt có duy trì trong một giới hạn kiểm soát được.

Các thông tin thu được về kiểm soát chất lượng sẽ được ghi chép và lưu trữ phục vụ cho việc điều tra nguyên nhân khi có sự cố, cũng như làm cơ sở khi thi công các kết cấu tương tự.

b. Công tác đo lường kiểm soát chất lượng thi công

Nhiệt độ bê tông lúc đổ sẽ được xem xét không vượt quá giá trị kiểm soát, bởi vì nhiệt độ lúc đổ bê tông ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của ứng suất nhiệt và vì vậy trở thành một yếu tố quan trọng khi làm kế hoạch kiểm soát. Trong trường hợp nhiệt độ xung quanh vượt xa giá trị giả định, các biện pháp thích hợp (hoãn đổ bê tông, xem xét việc bảo dưỡng bê tông,…) cần được tiến hành.

Nhiệt độ bê tông sau khi đổ sẽ được kiểm tra thiên về an toàn so với giá trị kiểm soát tương ứng trong bảng ghi nhiệt độ được dự đoán khi làm kế hoạch kiểm soát.

Sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong của đối tượng mục tiêu trở thành một chỉ số hiệu quả từ quan điểm ràng buộc vết nứt bề mặt, vì vậy nó có thể sử dụng cho kiểm soát. Xét một khía cạnh khác, trong thời gian giảm nhiệt, tốc độ giảm nhiệt độ và sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong của đối tượng mục tiêu trở thành các chỉ số hiệu quả theo quan điểm ràng buộc vết nứt do nhiệt, vì vậy có thể sử dụng chúng cho kiểm soát. Yêu cầu giá trị kiểm soát của sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong của kết cấu hay tốc độ giảm nhiệt cần được thực hiện dựa trên kết quả của sự phân tích nhiệt, hay cho phép xác định giá trị kiểm soát từ các tài liệu thi công có sẵn trong kiểm soát nứt do nhiệt.

Ứng suất hay biến dạng của bê tông có thể dùng như những chỉ số cho kiểm soát chất lượng. Mặc dầu việc đo ứng suất trong bê tông có thể gặp trở ngại không nhỏ, có thể có một số sai số nhỏ so với giá trị chính xác về sự ứng xử của ứng suất trong bê tông sau khi đổ và cũng có thể sử dụng ứng suất đo được như một tham khảo để xem xét sự nứt do nhiệt có xảy ra hay không. Xét một khía cạnh khác, khó để sử dụng giá trị đo được của biến dạng bê tông cho kiểm soát chất lượng thi công bởi vì biến dạng đo được là tổng của tất cả biến dạng gây bởi các yếu tố khác nhau.

Giá trị đo được của nhiệt độ, ứng suất và biến dạng có thể được sử dụng cho việc kiểm chứng mô hình phân tích hay điều kiện biên so với kết quả phân tích ứng suất và có thể được sử dụng cho công tác thi công sau này. Bởi vậy, nên cân nhắc việc thu thập dữ liệu cũng cần tính đến hiệu quả kinh tế.

Thêm nữa, cần xem xét trước và trong khi đổ bê tông về thiết bị đo nhiệt độ, ứng suất,…được lắp đặt tại các vị trí định trước và chúng hoạt động một cách chính xác. Cần thiết phải gắn chắc chắn thiết bị đo để nó không bị di chuyển suốt quá trình đổ bê tông. Cần thiết phải bảo dưỡng cẩn thận để các thiết bị đo an toàn khỏi gió và thời tiết để tránh bị hư hỏng và cẩn thận đặt các dây cáp để tránh bị đứt cáp. Hơn nữa, trong việc đo nhiệt độ xung quanh, cũng quan trọng trong việc định vị nhiệt kế đúng vị trí nơi mà nhiệt độ đo được thì không bị ảnh hưởng bởi ánh nắng hay gió.

Trong công tác đo lường thực tế, điều quan trọng là đo được giá trị ban đầu vào thời điểm thích hợp và đã xác định chắc chắn khoảng cách đo và phương pháp xử lí số liệu trước đó.

c. Kiểm soát việc đổ bê tông

Bởi vì thể tích bê tông lớn cần được đổ liên tục cho kết cấu bê tông khối lớn, quan trọng là phải kiểm soát hợp lí tốc độ đổ bê tông, trình tự đổ bê tông, và khoảng thời gian che phủ bê tông tương ứng với kế hoạch thi công. Nhiệt độ bê tông lúc đổ cần được kiểm soát với sự chú ý tỉ mỉ đặc biệt một cách đặc thù bởi vì nó thay đổi liên tục.

d. Kiểm soát sự bảo dưỡng

Khi bê tông được bảo dưỡng, sẽ cần xác nhận việc bảo dưỡng có được thực hiện đầy đủ theo kế hoạch thi công hay không.

Sự bảo dưỡng được tiến hành để không cho phép nứt do nhiệt do sự ràng buộc bên trong xảy ra khi cốppha đã được tháo dỡ. Nếu cốppha được tháo khi nhiệt độ bê tông dường như là cao hơn nhiệt độ xung quanh, có thể là sự nứt bề mặt sẽ xảy ra bởi vì bề mặt bê tông thì lạnh nhanh hơn. Thời gian thích hợp cho việc tháo cốppha là khi sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong bê tông và không khí xung quanh trong khoảng 15^oC đến 20^oC. Hơn nữa, bề mặt bê tông thì có khuynh hướng khô nhanh ngay sau khi tháo cốppha. Vì vậy, để tránh loại vết nứt này, cần thiết phải có biện pháp thích hợp như hoãn thời gian tháo cốppha, che phủ bê tông với các tấm che sau khi tháo cốppha hay sử dụng hóa chất tạo màng bảo dưỡng.

Nếu kết quả đo được trong thời gian bảo dưỡng hay xuất hiện vết nứt nhiệt không tốt như dự đoán ban đầu, nguyên nhân sẽ được điều tra. Thỉnh thoảng, nếu mục tiêu kiểm soát dự định được phán đoán không đạt được, những biện pháp đối phó thích hợp cần được tiến hành.

e. Kiểm soát nhiệt độ trong kết cấu

Việc bảo dưỡng kết thúc khi nhiệt độ bê tông được xác nhận đã hạ thấp gần với nhiệt độ môi trường, và khi trường hợp xảy ra sự nứt do nhiệt được điều tra và xác nhận là không phải do sự chênh lệch nhiệt độ bất thường so với dự đoán ban đầu.

Thuật ngữ “trường hợp xảy ra sự nứt do nhiệt”, nó liên quan mật thiết với quá trình giảm nhiệt. Ví dụ, vết nứt do nhiệt thông thường xuất hiện trong vòng 7 đến 10 ngày sau khi đổ trong trường hợp kết cấu tường, trong khi đó chúng xuất hiện trong 1 tháng đến thỉnh thoảng là 1 năm trong trường hợp kết cấu sàn. Vì vậy, trong kết cấu mà sự giảm nhiệt độ xảy ra trong một thời gian dài, tốt hơn là việc đo đạc sự nứt do nhiệt được tiến hành trong sự so sánh với số liệu giảm nhiệt độ. Nếu trường hợp nứt do nhiệt (bề rộng vết nứt, khoảng cách vết nứt,..) trong miền giá trị giả định, việc tiếp theo phải làm là thực hiện các biện pháp theo kế hoạch trước đó.

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN LIÊN KẾT GIỮA HAI LỚP ĐỔ CỦA ĐÀI CỌC BÊ TÔNG KHỐI LỚN

2.1. VAI TRÒ CỦA ĐÀI TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

2.1.1. Khái niệm chung về móng cọc và đài cọc

Hiện nay với sự phát triển của nền kinh tế, các công trình cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều, các công trình này có tải trọng lớn xây dựng trên nền đất yếu nên thường sử dụng móng cọc để truyền tải trọng xuống lớp đất tốt phía dưới, làm giảm biến dạng và lún không đều, làm tăng độ ổn định của công trình, có khả năng chịu tải trọng ngang lớn. Mặt khác, nhu cầu xây dựng thường tập trung ở các đô thị lớn như Hà Nội, Hải Phòng,TP Hồ Chí Minh …, các đô thị này có điều kiện địa chất yếu và phức tạp, vì vậy móng cọc với nhiều phương pháp thi công đa dạng như: cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi… có thể sử dụng làm móng cho các công trình có điều kiện địa chất địa hình phức tạp mà các loại móng nông không thể đáp ứng được.

Về cấu tạo, móng cọc gồm hai bộ phận: cọc và đài cọc. Tùy thuộc vào vị trí đài cọc mà người ta phân thành móng cọc đài thấp và móng cọc đài cao. Khi đáy đài cọc nằm thấp hơn mặt đất thì coi như móng cọc đài thấp. Trong tính toán móng cọc đài thấp thường giả thiết rằng tải trọng ngang do toàn bộ đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận, vì vậy độ chôn sâu của đáy đài phải thỏa mãn điều kiện cân bằng giữa tổng tải trọng ngang và áp lực chủ động, áp lực bị động của đất từ đáy đài trở lên. Việc tính toán móng cọc đài cao phức tạp hơn móng cọc đài thấp vì móng cọc đài cao là một kết cấu siêu tĩnh nhiều bậc. Kết cấu này có một điểm đặc biệt là các cột khung không phải là các thanh đàn hồi đơn giản mà là những cọc cắm sâu vào đất. Khi chịu tải trọng, các cọc này không những có biến dạng đàn hồi của bản thân nó mà còn có những biến dạng do đất gây ra. Quan hệ giữa cọc và đất là một vấn đề chưa được giải quyết triệt để. Trong tính toán móng cọc đài cao thì đài cọc được xem như tuyệt đối cứng.

a. Móng cọc đài thấp b. Móng cọc đài cao

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo móng cọc

2.1.2. Chức năng và cấu tạo đài cọc

Đài cọc là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng của công trình lên các cọc. Đài cọc thường được chế tạo bằng bê tông, bê tông cốt thép và có thể đổ tại chỗ hoặc lắp ghép trong các công trình cầu đường, thuỷ lợi, dân dụng thì phần lớn đài cọc được thi công tại chỗ. Đài cọc lắp ghép ít được sử dụng hơn, chủ yếu với công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Mác bê tông không được nhỏ hơn 200 đối với đài cọc lắp ghép và không được nhỏ hơn 150 với đài cọc đúc tại chỗ. Trong thực tế thiết kế, nên chọn mác bê tông đài cọc ≥ 200. Hình dáng và kích thước mặt bằng của đỉnh đài phụ thuộc vào hình dáng, kích thước của đáy công trình. Hình dáng kích thước của đáy đài phụ thuộc vào diện tích cần thiết để bố trí số cọc trong móng, theo những quy định về khoảng cách tối thiểu giữa các cọc cũng như quy định khoảng cách từ mép ngoài của hàng cọc ngoài cùng đến mép ngoài của đài. Chiều sâu chôn đài đối với móng cọc đài thấp phụ thuộc vào điều kiện địa chất, chủ yếu là sức chịu tải của lớp đất giáp với đáy đài và phụ thuộc vào đặc tính cấu tạo của công trình như là có tầng hầm, kho chứa,… Nếu không có các hạng mục trên thì chiều sâu chôn đài đảm bảo khoảng cách từ đỉnh đài đến mặt đất tự nhiên từ 30 ÷ 40cm để bố trí hệ thống dầm giằng, mặt sàn nhà và tránh va chạm gây ảnh hưởng xấu đến đài cọc.

2.1.3. Phân loại đài cọc

Tùy theo cách bố trí kết cấu phần trên và bố trí cọc mà tồn tại ba dạng đài cọc: đài cọc dạng băng, đài nhóm cọc, và đài cọc dạng bè.

a. Đài cọc dạng băng

Đài cọc dạng băng nằm trên hàng cọc thường dùng cho nhà có tường hoặc vách chịu lực. Bề rộng của băng phụ thuộc vào số hàng cọc trong băng. Nếu kết cấu là khung chịu lực, tải trọng thẳng đứng truyền xuống móng qua chân cột thì dùng đài cọc dạng băng không kinh tế.

Hình 2.2. Sơ đồ đài cọc dạng băng

Trong thiết kế đài cọc dạng băng phải xét hai trường hợp tải trọng: tải trọng khi thi công và tải trọng khi sử dụng. Khi cọc bố trí thành nhiều hàng, nếu có một, vài hàng nằm ngoài phạm vi của tường thì đài cọc được tính toán chọc thủng và phá hoại trên mặt phẳng nghiêng tương tự như tính toán với đài cọc dưới cột. Ở đây ta xét việc tính toán chịu uốn của đài cọc dưới tường trong quá tŕnh sử dụng. Trong giai đoạn sử dụng có thể coi băng đài như một dầm liên tục chịu tải trọng là áp lực từ tường truyền xuống.

b. Đài nhóm cọc

Đài nhóm cọc thường để đỡ cột ,tính toán loại đài này bao gồm: tính toán đâm thủng của cột, tính toán đâm thủng của cọc ở góc, tính toán lực cắt

trên tiết diện nghiêng, tính toán đài chịu uốn.

c. Đài cọc dạng bè

Hình 2.3. Cấu tạo móng bè cọc

Đài cọc dạng bè có nhiệm vụ liên kết và phân phối tải trọng từ chân kết cấu cho các cọc, đồng thời truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa đáy bè và đất nền. Bè có thể làm dạng bản phẳng hoặc bản dầm nhằm tăng độ cứng chống uốn. Cách bố trí cọc trong đài thường theo nguyên tắc trọng tâm nhóm cọc trùng hoặc gần với trọng tâm tải trọng công trình. Giải pháp này có ưu điểm là tải trọng xuống cọc được phân bố hợp lí hơn, tính làm việc tổng thể của nhóm cọc tốt hơn. Cọc có thể sử dụng cọc chế sẵn hoặc cọc nhồi.

Móng bè cọc thường được sử dụng tương đối nhiều trong các công trình xây dựng. Sở dĩ phải làm móng bè cọc vì trường hợp đất yếu rất dày, bố trí cọc theo đài đơn hay băng trên cọc không đủ. Cần phải bố trí cọc trên toàn bộ diện tích xây dựng mới mang đủ tải trọng của công trình. Hơn nữa bè cọc sẽ làm tăng tính cứng tổng thể của nền móng bù đắp lại sự yếu kém của nền đất.

2.2. TÍNH TOÁN LIÊN KẾT CỦA ĐÀI CỌC BÊ TÔNG KHỐI LỚN THEO TIÊU CHUẨN ACI 318M-11

2.2.1. Cơ chế của ma sát trượt

Hình 2.4. Cơ chế của ma sát trượt.

Đôi khi lực cắt phải được truyền ngang qua mặt phân cách giữa hai cấu kiện có thể trượt tương đối với nhau. Cơ chế chịu lực cắt được biết khác nhau như là sự cài vào nhau của cốt liệu, sự truyền lực cắt qua mặt phân cách , hoặc ma sát trượt. Thuật ngữ cuối cùng sẽ được sử dụng ở đây. Mặt phân cách truyền lực cắt được dựa trên mặt phẳng cắt hay mặt trượt. Biểu đồ cơ chế của ma sát trượt được trình bày ở hình 2.4.

Cơ chế của ma sát trượt được sinh ra từ sự gồ ghề của mặt liên kết bê tông. Từ hình 2.4 có thể thấy rằng, khi một mặt phân cách thô nhám chuyển vị hay trượt trong một dạng chịu cắt dẫn đến một biến dạng Δ, sự ép chặt phát triển, thúc đẩy bề rộng vết nứt w tăng theo phương vuông góc với mặt liên kết. Sự mở rộng này hay sự giãn của các vết nứt do chịu cắt sẽ gây kéo cốt thép ngang qua vết nứt dẫn đến một lực giữ A_vff_y được tạo nên. Ma sát trượt là một sự tương tự dùng trong thiết kế thể hiện một cơ chế phức tạp hơn đáng kể so với sự ma sát thông thường. Cơ chế này hiển nhiên bao gồm ảnh hưởng của ma sát, cũng như các hiện tượng khác sẽ được làm rõ ở phần sau.

Hệ số ma sát µ là một phép đo độ nhám bề mặt thật sự khi được lí tưởng hóa bởi một mặt phân cách truyền lực cắt dạng răng cưa với góc như được mô tả bởi Birkeland và Birkeland (1966), và được trình bày trong hình 2.4.a Từ điều kiện cân bằng, phương trình cho ma sát trượt được đề xuất bởi Birkeland và Birkeland (1966) là:

(2.1)

Với 1,7: bê tông đổ liền khối

1,4: mối nối được cố ý làm thô

1,0: mối nối tự nhiên

Trong phương trình trên:

Khả năng chịu ma sát trượt

Diện tích cốt thép ngang qua mặt phân cách

Cường độ chịu kéo của cốt thép ngang qua mặt phân cách

: Góc răng cưa của mặt phân cách truyền lực cắt dạng răng cưa

được lí tưởng hóa

Mattock và những người khác cũng đã tiến hành các thử nghiệm rộng rãi. Nếu cốt thép ngang qua vuông góc với mặt chịu cắt, Mattock đã đề xuất rằng độ bền cắt của bề mặt bị nứt trước là:

(2.2)

Trong đó là diện tích cốt thép ngang qua bề mặt, là diện tích bề mặt bê tông chịu ma sát trượt, và đối với bê tông thường, 200psi (1,4 MPa) đối với “bê tông hoàn toàn nhẹ” và 250psi (1,7 MPa) đối với “bê tông cát nhẹ”.

Khi cốt thép chịu ma sát trượt bị nghiêng với mặt chịu cắt, độ bền cắt sẽ là:

(2.3)

Trong đó là góc giữa mặt nứt và cốt thép chịu ma sát trượt (0 < < 90^o).

Số hạng đầu tiên trong phương trình 2.2 biểu thị lực ma sát, hệ số ma sát được lấy là 0,8 đối với sự trượt trên bê tông. Số hạng thứ hai biểu thị lực cắt được truyền nhờ các chỗ nhô ra của bề mặt rời và nhờ tác dụng giữ. Phương trình 2.2 được vẽ trong hình 2.5 để so sánh với độ bền đo được. Vì phương trình này chỉ áp dụng cho hay lớn hơn 200psi (1,4 MPa), nên đường cong này không được vẽ với giá trị nhỏ hơn giá trị này. Đối với cốt thép loại 60, giới hạn này đòi hỏi tỷ lệ cốt thép tối thiểu .

Cơ chế chịu ma sát trượt cho thấy bản chất phức tạp của sự ứng xử trên mặt phân cách vết nứt như được trình bày ở hình 2.4.b, điều này bao gồm tính chất cốt liệu và chất kết dính xi măng, sự chốt chặt và ảnh hưởng của việc bố trí cốt thép trong diện tích mặt phân cách như trình bày ở hình 2.4.c. Walraven và Reinhardt (1981) cung cấp một sự mô tả chi tiết đáng kể các thành phần của sự ứng xử trên mặt phân cách. Cho dù việc hiểu các thuật ngữ sẽ phức tạp hơn, các qui định về kí hiệu cho ma sát trượt vẫn duy trì các định dạng đơn giản đề xuất bởi Birkeland và Birkeland (1966). Thực tế, tiêu chuẩn ACI vẫn tiếp tục giữ lại giới hạn trên của khả năng chịu cắt tại mặt phân cách là 800psi (5,5 MPa) lần diện tích bề mặt bê tông chịu ma sát trượt được đề xuất bởi Birkeland và Birkeland.

Thử nghiệm ban đầu chưa nứt (Hình 2.13)

Phương trình 2.2

Mục 11.6.5 của ACI

Các thử nghiệm – Mặt phẳng chịu cắt bị nứt ban đầu

Phương trình 2.5

Hình 2.5. So sánh các kết quả thử nghiệm và các phương trình tính toán thiết kế

Lực giữ do cốt thép tại mặt phân cách xuất hiện khi vết nứt mở rộng, vì vậy lực giữ theo lẽ thường là lực giữ bị động. Vết nứt cần phải mở rộng đủ để phát triển lực giữ thiết kế A_vff_y. Loov và Patnaik (1994) kết luận rằng chuyển vị do cắt Δ khoảng 0,02 in (0,5 mm) thì đòi hỏi cốt thép mềm qui ước chảy dẻo có giới hạn chảy f_y khoảng 60 ksi (414 MPa). Họ còn chỉ ra thêm sự không nhất quán của các giới hạn của chuyển vị do cắt và giá trị thấp nhất được đề xuất trước đây không đủ để tạo nên vùng chảy dẻo trong cốt thép tại mặt phân cách (một đề xuất trước của Hanson (1960) giới hạn chuyển vị cắt đến 0,005 in (0,13 mm)). Đóng góp quan trọng nhất trong nghiên cứu này đó là giá trị giới hạn cho cốt thép mềm tại mặt phân cách có giới hạn chảy danh nghĩa lớn hơn 60ksi. Kahn và Mitchell (2002) báo cáo một trường hợp khi mà giới hạn chảy thực sự của cốt thép tại mặt phân cách là khoảng 70 hay 83 ksi (483 hay 572 MPa). Trong nghiên cứu này, họ báo cáo có sự phân tán đáng kể về độ tin cậy của các giá trị dự đoán của ma sát trượt khi sử dụng giá trị giới hạn chảy thực sự và kết luận rằng không nên lấy giới hạn 60ksi (414 MPa) cho thiết kế. Hơn nữa, khi chuẩn hóa cường độ bê tông, kết quả thí nghiệm của họ chỉ ra không có ảnh hưởng do sự khác biệt của giá trị giới hạn dẻo như có thể thấy ở hình 2.6. Trái lại, từ hình 2.6 cũng có thể thấy được Hofbeck et al. (1969) báo cáo ảnh hưởng ở một mức độ nhất định khi giới hạn dẻo của cốt thép mặt phân cách tăng từ 51 đến 66 ksi (352 đến 455 MPa), tuy nhiên, các dữ liệu báo cáo trong trường hợp này có thể là sự trình bày một cách đơn giản sự phân bố theo qui luật được mong đợi như thí nghiệm. Hình 2.6 thể hiện dữ liệu ứng suất cắt tại mặt phân cách so với tỉ lệ cốt thép mặt phân cách cho một dãy giá trị giới hạn chảy. Tất cả các dữ liệu được báo cáo đều cho các mẫu thí nghiệm đổ liền khối.

Một số lực nén thực sự do các tải trọng ngang qua mặt phân cách cũng dẫn đến lực giữ. Không giống lực giữ gây ra bởi cốt thép tại mặt phân cách, lực này là chủ động và không đổi bất kể sự mở rộng vết nứt. Walraven và Reinhardt (1981) nhấn mạnh rằng sự ứng xử cơ bản của ma sát trượt do hai nguyên nhân lực giữ (nội sinh hay ngoại sinh) có khác biệt đáng kể.

Hơn nữa, ma sát cũng bao gồm trong lực giữ, một thành phần của ma sát trượt qui vào lực dính kết được đề xuất bởi Mattock (1974). Mô hình sự ứng xử tại mặt phân cách này biểu thị đặc điểm thô nhám của bề mặt phân cách theo quan điểm về sự thô nhám tổng quát và cục bộ. Các yếu tố giữ của ma sát trượt liên quan với tính thô tổng quát như được mô tả trước đây. Giới hạn dính kết phản ánh sự chia cắt của sự nhám cục bộ dọc theo bề mặt vết nứt. Sử dụng sự tương tự này, giới hạn dính kết được dự đoán suy giảm với sự tăng của chuyển vị cắt dọc theo bề mặt phân cách vết nứt khi độ nhám cục bộ giảm xuống.

Cuối cùng, sự chốt chặt của thép trên mặt phân cách được trình bày bởi Walraven và Reinhardt (1981) thì tương đối không đáng kể cho giá trị trượt lên đến ít nhất 0,1 in (2,5 mm). Sự chốt chặt thì không được xem xét rõ ràng trong tính toán ma sát trượt.

Hình 2.6. Chuẩn hóa ma sát trượt so với chuẩn hóa tỉ lệ cốt thép mặt phân cách.

2.2.2. Bề rộng vết nứt, chuyển vị do cắt và sự cài vào của cốt liệu

Theo những nghiên cứu trước đây, rõ ràng là bề rộng vết nứt w là ứng xử có tính quyết định tại mặt phân cách ảnh hưởng đến ma sát trượt. Bề rộng vết nứt ảnh hưởng đến lực giữ phát triển trong thép liên kết tại mặt phân cách.Và nó phải đủ để phù hợp với khả năng chảy dẻo của thép. Thêm vào đó, bề rộng vết nứt có ảnh hưởng đến các thành phần gắn kết của ma sát trượt theo hướng bất lợi (ví dụ như việc mở rộng vết nứt dẫn đến làm giảm lực gắn kết).

Hình 2.7. Quan hệ Δ-w khi thay đổi thay đổi tỉ lệ thép liên kết tại mặt phân cách.

(Walraven và Reinhard, 1981)

Dựa trên sự chuyển động của ứng xử của ma sát trượt trình bày ở hình 2.4, bề rộng vết nứt w thì liên quan đến sự chuyển vị do cắt Δ, và sự thô ráp của bề mặt liên kết. Do đặc tính động của quan hệ Δ-w , không mong đợi rằng giá trị lực giữ sẽ ảnh hưởng đáng kể đến quan hệ này. Walraven và Reinhard (1981) giải thích rất ít về những ảnh hưởng trong quan hệ Δ-w cho bê tông đổ liền khối, mặc dù đã thay đổi tỉ lệ thép liên kết từ 0,56% đến 2,23% như có thể thấy ở hình 2.7. Từ hình 2.7 , có thể thấy rằng, cường độ bê tông có một vài ảnh hưởng đến quan hệ Δ-w, bởi có sự tăng nhỏ bề rộng vết nứt khi cường độ bê tông được tăng thêm. Quan sát sự ứng xử của thép chịu lực được trình bày trên hình 2.4.b, nơi chất kết dính bê tông mạnh hơn sẽ cho phép cốt liệu bê tông “trượt lên” trên chất kết dính hơn là “ép vào” nó, tương tự đối với trường hợp với chất kết dính yếu. Walraven và Reinhard (1981) cũng chỉ ra rằng sự tăng tính thô của bề mặt sẽ dẫn đến tăng bề rộng vết nứt. Trong nghiên cứu này, sự thay đổi độ thô ở mức độ nhất định do ảnh hưởng bởi cấp phối hạt cốt liệu trong việc trộn bê tông thiết kế cho những mẫu bê tông đổ liền khối.

Sự liên quan của phương trình 2.1 và những thảo luận sau này về ma sát trượt, đó là chức năng của lực giữ, cũng như là chức năng của mối quan hệ gia tăng vết nứt Δ-w. Sự cài vào của các hạt cốt liệu kiểm soát mối quan hệ Δ-w. Trước khi có những vết nứt dọc theo mặt phân cách chịu cắt, hiệu quả lực giữ của cốt thép tại mặt phân cách thì không đáng kể. Theo dõi vết nứt, lực giữ bị động liên quan tới quan hệ Δ-w, khi chuyển vị do cắt có giá trị nhỏ, thì quan hệ Δ-w duy trì về cơ bản là tuyến tính như có thể thấy ở hình 2.7. Một khía cạnh khác, mối liên hệ giữa ứng suất cắt và chuyển vị cắt τ-Δ đã được báo cáo là phi tuyến từ khi xuất hiện vết nứt (Loov và Patnaik 1994, Walraven và Reinhardt 1981) do sự suy giảm của lực gắn kết khi bề rộng vết nứt gia tăng. Khi thép liên kết tại mặt phân cách chảy dẻo, lực giữ không còn tăng nữa và ma sát trượt thì không đổi, hay bắt đầu suy giảm khi bề rộng vết nứt tiếp tục tăng. Sau một giá trị nào đó của chuyển vị cắt, lực dính kết bị vượt quá, thì khả năng chịu ma sát trượt giảm sút đến giá trị còn lại, và giá trị này không còn chịu ảnh hưởng bởi các chuyển vị cắt tiếp theo (Loov và Patnaik 1994, Kahn và Mitchell 2002).

Vì vậy, bề rộng vết nứt ảnh hưởng đến lực ma sát trượt hữu hiệu, đặc biệt là các thành phần dính kết. Khi bề rộng vết nứt gia tăng, các thành phần dính kết bị giảm sút. Điều này có thể được giải thích bởi sự mất đi sự tham gia của độ nhám nhỏ hơn dọc theo mặt phân cách vết nứt khi mà bề rộng vết nứt tăng lên. Walraven và Reinhardt (1981) minh họa ảnh hưởng này bằng việc sử dụng trộn bê tông với cấp phối gián đoạn. Trong việc trộn bê tông với cấp phối gián đoạn, sẽ có độ nhám nhỏ hơn cân đối (cốt liệu là cát trong trường hợp này). Điều đó sẽ trở nên không có hiệu quả khi bề rộng vết nứt tăng dẫn đến khả năng chịu cắt giảm. Giá trị của hệ số ma sát, thì giảm khi bề rộng vết nứt lớn hơn và bề mặt “nhẵn hơn”. Ảnh hưởng này thì được minh họa dạng biểu đồ ở hình 2.8 dựa trên kết quả thí nghiệm được bổ sung bởi kết quả phân tích báo cáo bởi Walraven và Reinhardt.

Hình 2.8. Vai trò của bề rộng vết nứt với sự phát triển ứng suất tại mặt phân cách.

(Dựa theo kết quả nghiên cứu của Walraven và Reinhardt 1981)

Tính toán liên kết giữa hai lớp đổ của đài cọc bê tông khối lớn, Tính toán liên kết giữa hai lớp đổ của đài cọc bê tông khối lớn

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2014\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN LOP K26 XDDD\LE TRAN THANH TAM