Nghiên Cứu Ứng Suất Nhiệt Trong Bê Tông Tại Công Trình Bản Mòng Tỉnh Sơn La

Theo TCXDVN 305:2004, kết cấu bê tông được coi là khối lớn khi kích thước gây ra ứng suất kéo vượt quá giới hạn kéo của bê tông do hiệu ứng nhiệt thủy hóa xi măng. Trong điều kiện nóng ẩm Việt Nam, kết cấu có cạnh nhỏ nhất 1m và chiều cao lớn hơn 2m có thể được xem là khối lớn. Bê tông khối lớn thường được dùng là bê tông truyền thống (CVC) và bê tông đầm lăn (RCC). Nhiệt độ cực đại và độ chênh lệch nhiệt độ trong bê tông là hai đại lượng quan trọng cần quan tâm. Nứt do nhiệt xảy ra do lớp trong giữ nhiệt độ cao cản trở sự co lại của lớp ngoài đã nguội, gây ứng suất kéo và nứt.

Xi măng ít tỏa nhiệt nên được ưu tiên sử dụng trong bê tông khối lớn để đảm bảo tính ổn định. Theo [5], xi măng ít tỏa nhiệt thích hợp phải có lượng nhiệt phát ra khi xi măng thủy hóa sau 3 ngày không lớn hơn 45-50 cal/g và sau 7 ngày không lớn hơn 50-60 cal/g. Cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn dùng cho bê tông khối lớn cũng giống như cốt liệu dùng cho bê tông thông thường và được quy định theo tiêu chuẩn của nhà nước. Do kích thước kết cấu lớn nên có thể dùng kích thước danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu (Dmax) tới 150mm để giảm hàm lượng chất kết dính trong bê tông, từ đó giảm lượng phát nhiệt.

Độ dẫn nhiệt là khả năng vật liệu truyền nhiệt. Cấu trúc bê tông gồm pha rắn và hệ thống bọt khí hoặc nước. Độ dẫn nhiệt của không khí nhỏ hơn nhiều so với pha rắn, nên độ rỗng không khí càng nhiều thì độ dẫn nhiệt càng nhỏ. Khi lỗ rỗng chứa đầy ẩm, độ dẫn nhiệt tăng. Nhiệt dung của bê tông phụ thuộc vào cấu trúc và độ đặc, biến đổi trong khoảng 0,75- 1,1 KJ/(kg0C). Tăng tỷ lệ N/X hoặc độ ẩm sẽ làm tăng nhiệt dung.

Bê tông giãn nở khi nóng và co lại khi lạnh. Hệ số giãn dài trung bình là 10. Sự thay đổi nhiệt độ trong giới hạn từ 0-500 ít ảnh hưởng đến hệ số giãn nở vì nhiệt của bê tông khô. Biến dạng nhiệt của bê tông gần với biến dạng nhiệt của thép, đảm bảo sự làm việc đồng đều của kết cấu bê tông cốt thép. Dòng nhiệt của kết cấu bê tông phụ thuộc vào quá trình hòa tan và ngưng kết của xi măng. Tổng nhiệt lượng phụ thuộc vào quá trình thủy hóa của từng loại xi măng, dao động trong khoảng 120-130KJ/kg.

Quá trình thay đổi nhiệt độ của bê tông khối lớn chia làm 3 thời kỳ: tăng nhiệt, giảm nhiệt, ổn định nhiệt độ. Nhiệt độ cao nhất bằng nhiệt độ lúc đổ cộng với nhiệt độ phát nhiệt lớn nhất của xi măng. Thời gian để đạt đến nhiệt độ ổn định phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Theo Viện Bê tông Mỹ, tường dày 150mm có thể ổn định sau 1,5 giờ, tường dày 1,5m cần 1 tuần, nếu dày 15m thì phải cần 2 năm.

Diễn biến nhiệt trong bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ môi trường, nhiệt độ ban đầu của vật liệu, và quá trình thủy hóa của xi măng. Ứng suất nhiệt phát sinh do sự co ngót không đều của bê tông khi nhiệt độ thay đổi. Điều này có thể dẫn đến nứt do nhiệt nếu ứng suất vượt quá giới hạn chịu kéo của bê tông.

Nhiệt thủy hóa của xi măng là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến diễn biến nhiệt của bê tông. Nhiệt độ môi trường cũng đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm. Kích thước kết cấu cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt và phân bố nhiệt độ trong bê tông.

Có nhiều phương pháp giải bài toán nhiệt, bao gồm phương pháp giải tích, phương pháp toán tử, và phương pháp gần đúng. Phương pháp giải tích thường được sử dụng cho các bài toán đơn giản với điều kiện biên đơn giản. Phương pháp toán tử và phương pháp gần đúng được sử dụng cho các bài toán phức tạp hơn. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào độ phức tạp của bài toán và yêu cầu về độ chính xác.

Các biện pháp cơ bản bao gồm giảm lượng tỏa nhiệt của bê tông bằng cách sử dụng xi măng ít tỏa nhiệt và phụ gia khoáng hoạt tính. Hạ thấp nhiệt độ của khối đổ bằng cách làm mát cốt liệu và nước trộn. Tăng nhanh tốc độ tỏa nhiệt của bê tông sau khi đổ bằng cách sử dụng hệ thống làm mát bằng nước hoặc không khí.

Phân khe và phân khối giúp giảm ứng suất nhiệt bằng cách chia nhỏ khối bê tông, giảm kích thước và khối lượng của mỗi khối. Điều này giúp giảm sự tích tụ nhiệt và giảm sự co ngót không đều. Tuy nhiên, việc phân khe và phân khối cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo tính ổn định của kết cấu.

Quản lý quy trình thi công đóng vai trò quan trọng trong việc khống chế nhiệt độ. Cần lợi dụng lúc nhiệt độ khí trời thấp để đổ bê tông. Đảm bảo quá trình bảo dưỡng bê tông được thực hiện đúng cách để giảm sự co ngót và nứt nẻ. Giám sát chặt chẽ nhiệt độ trong quá trình thi công để có biện pháp xử lý kịp thời.

Công trình đập Bản Mòng là một công trình thủy lợi quan trọng tại tỉnh Sơn La. Việc nghiên cứu ứng suất nhiệt trong bê tông của đập là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và độ bền của công trình. Các thông số kỹ thuật của công trình cần được thu thập và sử dụng trong quá trình tính toán.

Mô hình hóa bài toán cần được thực hiện một cách chính xác để đảm bảo độ tin cậy của kết quả tính toán. Kết quả tính toán trường nhiệt độ cần được phân tích và so sánh với số liệu quan trắc thực tế để đánh giá độ chính xác của mô hình.

Kết quả tính toán trường ứng suất cần được phân tích và so sánh với số liệu quan trắc thực tế để đánh giá độ an toàn của công trình. Nếu kết quả tính toán và quan trắc có sự khác biệt lớn, cần xem xét lại mô hình và các giả thiết tính toán.

Thiết bị quan trắc cần được bố trí ở các vị trí quan trọng trong khối bê tông đập để theo dõi diễn biến nhiệt độ và ứng suất. Quá trình quan trắc cần được thực hiện định kỳ và số liệu đo cần được ghi lại một cách cẩn thận.

Kết quả tính toán và số liệu quan trắc cần được phân tích một cách kỹ lưỡng để đánh giá tình trạng của công trình. Nếu phát hiện các vấn đề tiềm ẩn, cần đề xuất các biện pháp xử lý kịp thời để đảm bảo an toàn và độ bền của công trình.

Các giải pháp kỹ thuật có thể bao gồm điều chỉnh quy trình thi công, sử dụng vật liệu khác, hoặc gia cường kết cấu. Tối ưu hóa thiết kế bê tông cũng là một giải pháp quan trọng để giảm thiểu rủi ro ứng suất nhiệt. Cần xem xét các yếu tố như cấp phối bê tông, hàm lượng xi măng, và phụ gia để đạt được hiệu quả tốt nhất.