Nghiên cứu giải pháp giảm ứng suất nhiệt cho bê tông đầm lăn trong công trình thủy lợi và thủy ...

• Tác giả: Nguyễn Minh Việt
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Phó Uyên
• Trường học: Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam
• Chuyên ngành: Xây dựng thủy lợi, thủy điện
• Đề tài: Giải Pháp Giảm Ứng Suất Nhiệt Bê Tông Đầm Lăn Trong Xây Dựng Thủy Lợi, Thủy Điện Tại Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
• 2. Mục đích nghiên cứu
• 3. Đối tượng nghiên cứu
• 4. Phạm vi nghiên cứu
• 5. Phương pháp nghiên cứu
• 5.1. Phương pháp lý thuyết
• 5.2. Phương pháp mô hình toán
• 6. Nội dung nghiên cứu
• 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
• 7.1. Ý nghĩa khoa học
• 7.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 8. Cấu trúc của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Bê tông đầm lăn
• 1.2. Tính năng cơ học của BTĐL
• 1.2.1. Cường độ kháng nén của BTĐL
• 1.2.2. Cường độ kháng kéo của BTĐL
• 1.2.3. Mô đun đàn hồi của BTĐL
• 1.3. Biến dạng của BTĐL
• 1.3.1. Từ biến của BTĐL
• 1.3.2. Co ngót của BTĐL
• 1.3.3. Giá trị kéo dãn giới hạn của BTĐL
• 1.4. Tính năng cơ học của BTĐL theo thời gian
• 1.5. Tình hình xây dựng đập BTĐL trên thế giới và tại Việt Nam
• 1.5.1. Tình hình xây dựng đập BTĐL trên thế giới
• 1.5.2. Tình hình xây dựng đập BTĐL tại Việt Nam
• 1.6. Tình hình nghiên cứu nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTĐL
• 1.6.1. Tình hình nghiên cứu nhiệt và ứng suất nhiệt BTĐL trên thế giới
• 1.6.2. Tình hình nghiên cứu nhiệt và ứng suất nhiệt BTĐL tại Việt Nam
• 1.7. Vấn đề nứt do nhiệt đối với đập BTĐL
• 1.8. Vấn đề cần nghiên cứu đặt ra đối với luận án
• 1.9. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NHIỆT VÀ KHỐNG CHẾ ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
• 2.1. Nguồn phát sinh nhiệt trong BTĐL
• 2.2. Vấn đề trao đổi nhiệt đối với BTĐL
• 2.2.1. Trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt
• 2.2.2. Trao đổi nhiệt đối lưu
• 2.2.3. Trao đổi nhiệt bức xạ
• 2.3. Cơ chế nứt do nhiệt trong bê tông khối lớn
• 2.3.1. Nứt bề mặt
• 2.4. Yêu cầu khống chế nhiệt cho đập BTĐL
• 2.4.1. Chênh lệch nhiệt độ tại đáy đập
• 2.4.2. Chênh lệch nhiệt độ lớp trên và dưới
• 2.4.3. Chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài
• 2.4.3.1. Ảnh hưởng của chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài
• 2.4.3.2. Thực tế khống chế chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài
• 2.5. Phương pháp giải bài toán nhiệt
• 2.5.1. Các phương pháp giải bài toán nhiệt
• 2.5.1.1. Phương pháp giải tích
• 2.5.1.2. Phương pháp toán tử
• 2.5.1.3. Phương pháp gần đúng
• 2.5.2. Lựa chọn phương pháp giải bài toán nhiệt
• 2.6. Cơ sở tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt theo phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.6.1. Xác định trường nhiệt độ
• 2.6.2. Xác định trường ứng suất
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG ĐẬP BTĐL THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHẦN MỀM ANSYS
• 3.1. Tính toán nhiệt thủy hóa của vật liệu chất kết dính BTĐL
• 3.2. Tính nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTĐL trong quá trình thi công bằng ngôn ngữ lập trình tham số (APDL) trong ANSYS
• 3.2.1. Giới thiệu về phần mềm ANSYS
• 3.2.2. Giải bài toán bằng phần mềm ANSYS
• 3.2.3. Công năng phân tích nhiệt bằng phần mềm ANSYS
• 3.2.4. Cơ sở xây dựng bài toán tính nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTĐL
• 3.2.4.1. Sơ đồ khối tính nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTTL
• 3.2.4.2. Xây dựng bài toán tính nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTTL
• 3.2.4.3. Mô tả kết cấu đập
• 3.2.4.4. Mô hình hóa kết cấu đập BTĐL
• 3.2.4.5. Xây dựng bài toán tính nhiệt và ứng suất nhiệt trong đập trọng lực BTĐL
• 3.2.5. Kiểm nghiệm tính toán nhiệt cho đập BTĐL Sơn La
• 3.2.5.1. Giới thiệu công trình
• 3.2.5.2. Các chỉ tiêu cơ lý và nhiệt của bê tông và đá nền
• 3.2.5.3. Các điều kiện biên về nhiệt
• 3.2.5.4. Tiến độ thi công
• 3.2.5.5. Kết quả quan trắc nhiệt trong thân đập BTĐL Sơn La
• 3.2.5.6. Mặt cắt kiểm tra
• 3.2.5.7. Mô hình tính toán
• 3.2.5.8. Kết quả tính toán
• 3.3. Kết luận Chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: BIỆN PHÁP GIẢM NHIỆT VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
• 4.1. Cơ sở phân vùng nghiên cứu
• 4.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 4.1.2. Điều kiện nhiệt độ và độ ẩm môi trường
• 4.1.3. Điều kiện nguồn cung ứng vật liệu PGK
• 4.2. Phân vùng nghiên cứu
• 4.3. Các tham số cơ bản dùng cho nghiên cứu
• 4.3.1. Các tham số đầu vào cố định
• 4.3.2. Tham số khống chế nứt
• 4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến ứng suất nhiệt đập BTĐL
• 4.4.1. Cơ sở nghiên cứu
• 4.4.2. Khi nhiệt độ không khí xem là nhiệt độ trung bình năm
• 4.4.3. Khi nhiệt độ không khí thay đổi theo thời gian (ngày)
• 4.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến ứng suất nhiệt đập BTĐL
• 4.5.1. Cơ sở nghiên cứu
• 4.5.2. Kết quả tính toán
• 4.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần khoáng của vật liệu XM đến ứng suất nhiệt đập BTĐL
• 4.6.1. Cơ sở nghiên cứu
• 4.6.2. Kết quả tính toán
• 4.7. Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đổ bê tông đến ứng suất nhiệt đập BTĐL
• 4.7.1. Cơ sở nghiên cứu
• 4.7.2. Kết quả tính toán
• 4.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến ứng suất nhiệt đập BTĐL
• 4.8.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến nhiệt và ứng suất nhiệt thân đập BTĐL
• 4.8.2. Kiến nghị hàm lượng PGK trên tổng lượng chất kết dính cho từng khu vực
• 4.9. Đề xuất giải pháp giảm ứng suất nhiệt BTĐL hợp lý cho từng khu vực
• 4.9.1. Cơ sở đề xuất giải pháp hợp lý
• 4.9.2. Đề xuất giải pháp giảm ứng suất nhiệt hợp lý cho từng khu vực
• 4.9.2.1. Đối với khu vực miền núi phía Bắc
• 4.9.2.2. Đối với khu vực Bắc Trung bộ
• 4.9.2.3. Đối với khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên
• 4.10. Kiểm nghiệm tính toán ứng suất nhiệt đập BTĐL Trung Sơn – Thanh Hóa
• 4.10.1. Giới thiệu công trình
• 4.10.2. Giới thiệu công trình
• 4.10.3. Các chỉ tiêu cơ lý và nhiệt của bê tông và đá nền
• 4.10.4. Các điều kiện biên về nhiệt
• 4.10.5. Mặt cắt kiểm tra
• 4.10.6. Kết quả quan trắc nhiệt
• 4.10.7. Tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt đập
• 4.10.7.1. Mô hình tính toán
• 4.10.7.2. Kết quả tính toán
• 4.10.8. Giải pháp giảm ứng suất nhiệt đập BTĐL Trung Sơn
• 4.11. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 1. Những đóng góp mới của Luận án
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC I: BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN KHOÁNG CỦA MỘT SỐ LOẠI XI MĂNG ĐIỂN HÌNH
• PHỤ LỤC II: CÁC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT - ỨNG SUẤT NHIỆT

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bê tông đầm lăn và ứng suất nhiệt

Bê tông đầm lăn (BTĐL) là một loại vật liệu xây dựng đặc biệt, được sử dụng rộng rãi trong các công trình thủy lợi và thủy điện tại Việt Nam. Đặc điểm nổi bật của BTĐL là khả năng thi công nhanh chóng và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, một trong những vấn đề nghiêm trọng mà BTĐL gặp phải là ứng suất nhiệt trong quá trình thi công. Giải pháp giảm ứng suất nhiệt là cần thiết để đảm bảo độ bền và an toàn cho các công trình. Nghiên cứu cho thấy, ứng suất nhiệt bê tông chủ yếu phát sinh do quá trình thủy hóa của vật liệu chất kết dính, dẫn đến nứt và giảm tuổi thọ công trình. Việc hiểu rõ về cơ chế phát sinh ứng suất nhiệt sẽ giúp các kỹ sư thiết kế và thi công có những biện pháp khống chế hiệu quả.

1.1. Tình hình xây dựng đập BTĐL tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các công trình BTĐL đã được xây dựng với quy mô lớn, như đập thủy điện Sơn La. Tuy nhiên, nhiều công trình đã gặp phải tình trạng nứt do ứng suất nhiệt. Việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế từ nước ngoài mà không xem xét điều kiện địa phương đã dẫn đến những vấn đề nghiêm trọng. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp giảm ứng suất nhiệt là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho các công trình thủy lợi và thủy điện.

II. Nguồn phát sinh và khống chế ứng suất nhiệt

Nhiệt độ trong quá trình thi công BTĐL có thể tăng cao do nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ môi trường và quá trình thủy hóa của vật liệu. Giải pháp khống chế ứng suất nhiệt bao gồm việc điều chỉnh hàm lượng và thành phần của vật liệu chất kết dính. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng phụ gia khoáng (PGK) có thể làm giảm đáng kể ứng suất nhiệt bê tông. Các phương pháp như điều chỉnh nhiệt độ đổ bê tông và kiểm soát độ ẩm môi trường cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ứng suất nhiệt. Việc áp dụng các biện pháp này không chỉ giúp giảm thiểu nứt mà còn nâng cao độ bền cho công trình.

2.1. Các phương pháp khống chế ứng suất nhiệt

Các phương pháp khống chế ứng suất nhiệt bao gồm việc sử dụng các loại vật liệu có khả năng giảm nhiệt độ trong quá trình thi công. Việc lựa chọn hàm lượng PGK phù hợp với từng khu vực cũng là một trong những giải pháp giảm ứng suất nhiệt hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy, việc điều chỉnh nhiệt độ không khí và độ ẩm cũng có ảnh hưởng lớn đến ứng suất nhiệt bê tông. Các biện pháp này cần được áp dụng đồng bộ để đạt hiệu quả cao nhất trong việc khống chế ứng suất nhiệt.

III. Đề xuất giải pháp giảm ứng suất nhiệt cho từng khu vực

Việt Nam có nhiều vùng miền với điều kiện khí hậu và địa chất khác nhau, do đó, các giải pháp giảm ứng suất nhiệt cần được điều chỉnh cho phù hợp. Đối với khu vực miền núi phía Bắc, việc sử dụng các loại PGK có khả năng giảm nhiệt độ trong quá trình thi công là rất quan trọng. Trong khi đó, khu vực Bắc Trung Bộ có thể áp dụng các biện pháp kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ không khí. Đối với khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên, việc điều chỉnh hàm lượng xi măng và PGK cũng cần được xem xét kỹ lưỡng. Các giải pháp này không chỉ giúp giảm ứng suất nhiệt bê tông mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế cho các công trình.

3.1. Kiểm nghiệm tính toán ứng suất nhiệt

Việc kiểm nghiệm tính toán ứng suất nhiệt trong các công trình BTĐL là rất cần thiết để đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm ứng suất nhiệt. Các mô hình tính toán cần được xây dựng dựa trên các điều kiện thực tế của từng khu vực. Kết quả từ các mô hình này sẽ cung cấp thông tin quý giá cho các kỹ sư trong việc thiết kế và thi công các công trình thủy lợi và thủy điện tại Việt Nam.