Đang tải... (xem toàn văn)
Từ trước đến nay khi chế tạo dầm BTCT DƯL, người ta thường chỉ kiểm soát chất lượng chế tạo dầm đến khi tạo xong DƯL. Tuy nhiên, sự quan tâm này là chưa thoả đáng bởi nếu coi dầm là một sản phẩm thực sự thì tính đến thời điểm căng kéo xong, nó chưa phải là một sản phẩm hoàn chỉnh bởi đến thời điểm đó bê tông dầm vẫn đang tiếp tục phát triển cường độ và nhất là có sự phát triển biến dạng của dầm do tính chất từ biến của vật liệu bê tông. Trong công tác kiểm định dầm BTCT DƯL giản đơn, nhất là đối với dầm căng sau, hạng mục đo đạc, kiểm tra độ vồng của dầm là một trong những hạng mục chính. Nhưng trên thực tế, các số liệu đo đạc độ vồng chưa giúp các nhà chuyên môn đánh giá chính xác hiện trạng của dầm bởi ở thời điểm kiểm tra, độ vồng đã rất khác độ vồng khi kết thúc tạo DƯL.
Khảo sát sự phát triển độ vồng và các yếu tố ảnh hởng của dầm BTCT DƯL PGS. TS. Nguyễn Viết Trung KS. Bùi xuân Học Tóm tắt Vấn đề sự phát triển độ vồng của dầm BTCT DƯL cần phải đợc quan tâm thích đáng để đảm bảo chất lợng chế tạo dầm. Tiếp theo bài báo trong tạp chí Cầu đờng số 9/2001 nói về việc xác lập phơng pháp tính, bài báo này đề cập đến các kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hởng đến sự phát triển độ vồng của dầm. 1. Mở đầu Từ trớc đến nay khi chế tạo dầm BTCT DƯL, ngời ta thờng chỉ kiểm soát chất lợng chế tạo dầm đến khi tạo xong DƯL. Tuy nhiên, sự quan tâm này là cha thoả đáng bởi nếu coi dầm là một sản phẩm thực sự thì tính đến thời điểm căng kéo xong, nó cha phải là một sản phẩm hoàn chỉnh bởi đến thời điểm đó bê tông dầm vẫn đang tiếp tục phát triển c- ờng độ và nhất là có sự phát triển biến dạng của dầm do tính chất từ biến của vật liệu bê tông. Trong công tác kiểm định dầm BTCT DƯL giản đơn, nhất là đối với dầm căng sau, hạng mục đo đạc, kiểm tra độ vồng của dầm là một trong những hạng mục chính. Nhng trên thực tế, các số liệu đo đạc độ vồng cha giúp các nhà chuyên môn đánh giá chính xác hiện trạng của dầm bởi ở thời điểm kiểm tra, độ vồng đã rất khác độ vồng khi kết thúc tạo DƯL. Nh vậy, thực tế chế tạo dầm BTCT DƯL giản đơn ở Việt nam cho thấy vẫn còn tồn tại một vấn đề cha đợc giải quyết triệt để, đó là sự phát triển độ vồng của dầm sau khi tạo dự ứng lực. Đối với công nghệ căng trớc, vấn đề chủ động kiểm soát sự phát triển độ vồng nhìn chung đơn giản hơn, do việc chế tạo dầm đợc thực hiện trong công xởng với mức độ công nghiệp cao. Trong khi đó, ở công nghệ căng sau chất lợng chế tạo phụ thuộc nhiều vào điều kiện công nghệ cụ thể, do đó việc kiểm soát sự phát triển độ vồng cũng khó khăn hơn . Trớc vấn đề đã nêu, các câu hỏi đặt ra sẽ là : cơ chế và quy luật của sự phát triển độ vồng của dầm diễn r a nh thế nào ? những yếu tố công nghệ nào ảnh hởng đến sự phát triển độ vồng của dầm ? thông qua việc đo đạc độ vồng có thể đánh giá đợc gì về công nghệ chế tạo không ? nếu độ vồng phát triển không bình thờng thì có những mối nguy hại gì cho dầm ? Có một số yếu tố nh sau ảnh hởng đến sự phát triển độ vồng : cờng độ thực tế của bê tông dầm, độ đồng nhất, chế độ bảo dỡng, tuổi bê tông khi tạo DƯL, lực căng thực tế trong các bó cáp, trình tự căng kéo, điều kiện môi trờng, vật liệu chế tạo bê tông Vậy việc đo đạc độ vồng ở thời điểm kiểm tra sẽ phải kết luận gì về những yếu tố công nghệ đã thực hiện từ trớc ? Hơn nữa số liệu đo đạc độ vồng có cho phép dự đoán đợc những h hại sẽ ảnh hởng đến chất lợng lâu dài của dầm hay không ? Hoặc có cần kiến nghị gì để thay đổi một số tham số thiết kế sao cho phù hợp với điều kiện cụ thể hay không ? Để đa ra những kết luận, phải có cơ sở khoa học, nghĩa là phải biết đợc quy luật thực tế của sự phát triển độ vồng của dầm chế tạo theo công nghệ cụ thể đó nh thế nào . 2. Phơng pháp tính Cơ sở lý thuyết và phơng pháp tính đã trình bày trong [2] , bạn đọc có thể tham khảo bài báo đó trên tạp chí Cầu đờng số 9/2001. 3. Kết quả khảo sát Để hiểu rõ quy luật phát triển độ vồng và các yếu tố ảnh hởng đến quy luật đó nh thế nào, đã tiến hành khảo sát trên dầm cầu vợt Vạn Điểm trên quốc lộ 1A đoạn Pháp Vân Cầu Ghẽ. Khi khảo sát cho các tham số lần lợt thay đổi và giữ nguyên các tham số khác ở giá trị chuẩn. ảnh hởng của nhiệt độ Trong phạm vi nhiệt độ biến thiên từ 0 o C đến 80 o C, nhiệt độ trung bình trong thời kỳ chế tạo dầm thay đổi làm cho độ trởng thành của bê tông thay đổi, làm thay đổi cả giá trị độ vồng tức thời và độ vồng lâu dài. Tác động này đã đợc xét đến bằng cách thay tuổi thực tế của bê tông bằng tuổi đã đợc điều chỉnh theo nhiệt độ, ứng với mức độ trởng thành của bê tông. 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Độ vồng (m) Hình 1a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với nhiệt độ khác nhau Khảo sát ảnh hởng của thay đổi nhiệt độ đến sự phát triển độ vồng khi cho nhiệt độ trung bình của môi trờng các giá trị là 20 o C, 25 o C và 30 o C, thu đợc quan hệ nh hình 1a . So với nhiệt độ chuẩn là 20 o C : ở thời điểm tạo DƯL, độ vồng ứng với nhiệt độ trung bình là 25 o C và 30 o C giảm 2.9% và 4% ; còn ở thời điểm sau khi tạo DƯL 100 ngày, độ vồng ứng với nhiệt độ trung bình là 25 o C và 30 o C giảm 2.8% và 4.1% (hình 1b). -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Chênh lệch độ vồng (% ) Hình 1b. Chênh lệch độ vồng ở nhiệt độ 25 0 C và 30 0 C so với độ vồng ở nhiệt độ chuẩn 20 0 C ảnh hởng của độ ẩm Cả hai yếu tố từ biến và co ngót của bê tông đều chịu ảnh hởng của độ ẩm môi trờng, sự thay đổi độ ẩm ảnh hởng đến các đặc trng từ biến, co ngót và các mất mát 1 20 o C 25 o C 30 o C 25 o C 30 o C DƯL do từ biến, co ngót; kết quả là sự phát triển độ vồng cũng bị thay đổi. Khảo sát ảnh hởng của độ ẩm môi trờng với các giá trị độ ẩm RH tơng ứng là 70%, 80% và 90%, thu đợc kết quả nh hình 2a. Kết quả khảo sát chỉ ra độ ẩm môi trờng tăng có tác dụng hạn chế sự phát triển của độ vồng . 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Độ vồng (m) Hình 2a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các độ ẩm RH khác nhau -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Chênh lệch độ vồng (%) Hình 2b. Chênh lệch độ vồng khi độ ẩm RH=80% và RH=90% so với độ vồng ở độ ẩm chuẩn RH=70% Tại thời điểm tạo DƯL, độ vồng tức thời không phụ thuộc vào độ ẩm ; còn ở thời điểm sau khi tạo DƯL 100 ngày, so với độ ẩm trung bình RH=70%, độ vồng ứng với độ ẩm RH=80% và RH=90% giảm 4.3% và 11.3% (hình 2b). Nh vậy, việc duy trì chế độ bảo dỡng bê tông dầm thích hợp cũng là cách cải thiện độ ẩm của môi trờng xung quanh sao cho có lợi nhất cho sự phát triển cờng độ, giảm biến dạng co ngót gây nứt dầm, và cải thiện các đặc trng từ biến . ảnh hởng của tuổi chịu tải Việc thay đổi thời điểm tạo DƯL, tức là bắt bê tông lúc chịu tải ở các tuổi khác nhau, làm cho các đặc trng từ biến của bê tông thay đổi và độ trởng thành của bê tông khi chịu tải thay đổi, dẫn đến quy luật phát triển độ vồng cũng thay đổi theo. Kết quả khảo sát khi thay đổi tuổi chịu tải của bê tông là 3 ngày, 7 ngày và 14 ngày đợc chỉ ra trên hình 3a . 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Độ vồng (m) Hình 3a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các tuổi chất tải khác nhau -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Chênh lệch độ vồng (%) Hình 3b. Chênh lệch độ vồng khi tạo DƯL lúc 3 ngày và 14 ngày so với độ vồng đợc tạo DƯL lúc 7 ngày Trong quy trình công nghệ chế tạo dầm BTCT DƯL giản đơn, công đoạn căng kéo DƯL thờng đợc thực hiện khi cờng độ nén mẫu bê tông lớn hơn 90% cờng độ thiết kế, nghĩa là ứng với tuổi nhất định của bê tông (thờng là từ 5 đến 7 ngày). Nếu căng kéo dầm khi bê tông còn non sẽ làm cho độ vồng tức thời lớn và độ vồng lâu dài phát triển mạnh, điều đó có thể gây ra những ảnh hởng bất lợi đến dầm chẳng hạn nh nứt dầm hay ứng suất trong dầm vợt quá trị số cho phép khi tạo DƯL. Ngợc lại, sự chậm trễ trong việc căng kéo cáp DƯL có thể dẫn đến không đạt đợc độ vồng theo thiết kế. Trong tr- ờng hợp đó, khi căng kéo, một số đơn vị thi công thờng tăng quá lực căng trong các bó cáp để đạt độ vồng thiết kế, gây ra sự giảm độ dự trữ lực DƯL, tăng mất mát DƯL theo thời gian do chùng dão cốt thép, và có thể xuất hiện ứng suất kéo trong bê tông ở thớ trên mặt cắt giữa nhịp ảnh hởng của cốt liệu Cùng một cờng độ thiết kế nh nhau nhng modul đàn hồi của bê tông phụ thuộc vào loại cốt liệu sử dụng, đặc biệt là cốt liệu thô. Khảo sát với các loại cốt liệu khác nhau ta có quan hệ biểu diễn ở hình 4a, trên hình vẽ các đờng biểu diễn ứng với các loại đá : đá sa thạch, đá vôi, đá thạch anh, đá bazan. 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Độ vồng (m) Hình 4a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các loại đá 2 RH = 70% RH=80% RH = 90% RH = 90% RH = 80% 3 ngày 7 ngày 14 ngày 3 ngày 14 ngày Đá sa thạch Đá vôi Đá thạch anh Đá bazan Đá sa thạch -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Chênh lệch độ vồng (%) Hình 4b. Chênh lệch độ vồng của dầm khi dùng các loại đá khác nhau so với độ vồng của dầm dùng đá thạch anh Nếu so với dầm sử dụng đá thông thờng là thạch anh thì : ở thời điểm tạo DƯL độ vồng tức thời của dầm sử dụng đá sa thạch và đá vôi tăng 42.8% và 11.1%, còn của dầm sử dụng đá bazan giảm 16.7% ; đến thời điểm 100 ngày, độ vồng của dầm sử dụng đá sa thạch và đá vôi tăng 32.1% và 8.8%, còn của dầm sử dụng đá bazan giảm 13.8% (hình 4b) . ảnh hởng của loại xi măng Loại xi măng sử dụng chế tạo bê tông khác nhau vừa ảnh hởng đến độ trởng thành của bê tông, vừa ảnh hởng đến sự phát triển cờng độ và modul biến dạng, đồng thời nó còn ảnh hởng đến đặc trng từ biến của bê tông. Kết quả là sự phát triển độ vồng bị ảnh hởng bởi loại xi măng và đợc biểu diễn bằng quan hệ nh hình 5a . 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Độ vồng (m) Hình 5a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các loại xi măng Nếu so sánh với dầm sử dụng xi măng thông th- ờng là N và R thì : ở thời điểm tạo DƯL độ vồng tức thời của dầm sử dụng xi măng đông cứng chậm SL tăng 4.1% và của dầm sử dụng xi măng cờng độ cao đông cứng nhanh RS giảm 2.5% ; ở thời điểm 100 ngày, độ vồng của dầm sử dụng xi măng đông cứng chậm SL tăng 1.3% và của dầm sử dụng xi măng cờng độ cao đông cứng nhanh RS giảm 1.6% (hình 5b) . -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Chênh lệch độ vồng (%) Hình 5b. Chênh lệch độ vồng của dầm khi dùng các loại xi măng khác nhau so với độ vồng của dầm dùng xi măng thông thờng N và R ảnh hởng của cáp DƯL 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Độ vồng (m) Hình 6a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các loại thép cờng độ cao Các loại thép cờng độ cao khác nhau có độ tự chùng khác nhau, dẫn đến mất mát DƯL theo thời gian do tự chùng của thép cũng khác nhau và kết quả là sự phát triển độ vồng cũng thay đổi khi sử dụng các loại thép khác nhau nh hình 6a. Qua quan hệ nh trình bày ở trên, tuy độ vồng của dầm sử dụng thép có độ tự chùng thấp lớn hơn so với loại thép khử ứng suất thông thờng, nhng nó có độ dự trữ lực DƯL cao hơn và quá trình mất mát DƯL do tự chùng của thép cũng chậm hơn . Khi tạo DƯL, độ vồng tức thời không phụ thuộc vào loại thép sử dụng ; còn ở thời điểm sau khi tạo DƯL 100 ngày, so với loại thép khử ứng suất thông thờng độ vồng ứng với thép có độ tự trùng thấp tăng 4.6% (hình 6b). -5 -4 -3 -2 -1 0 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 Thời gian (ngày) Chênh lệch độ vồng (%) Hình 6b. Chênh lệch độ vồng của dầm khi dùng thép khử ứng suất thông thờng so với độ vồng của dầm dùng thép tự chùng thấp quy luật của sự phát triển độ vồng Khi khảo sát các yếu tố ảnh hởng tới quá trình phát triển độ vồng, đã tính độ vồng đến thời điểm 100 ngày (khoảng 3 tháng). Tiếp tục kéo dài thời điểm tính vồng đến khoảng 1 năm rỡi trong điều kiện nhiệt độ là 20 o C 3 Loại SL Đá vôi Đá bazan Loại SL Loại N và R Loại RS Loại SL Loại RS Thép tự chùng thấp Thép khử ứng suất và độ ẩm là 80%, thu đợc đồ thị về tỉ lệ phần trăm giữa độ vồng lâu dài với độ vồng tức thời nh ở hình 7 . Tỉ lệ giữa độ vồng lâu dài với độ vồng tức thời 100 135 143 147 149 150 150 150 0 20 40 60 80 100 120 140 160 6 30 90 180 270 360 450 540 Thời gian (ngày) Độ vồ ng lâu dài / Độ vồng tức thời (% ) Hình 7 Qua số liệu phân tích có thể rút ra nhận xét : độ vồng của dầm tăng nhanh trong khoảng thời gian đầu, nhất là tháng đầu tiên, sau đó có xu hớng chậm lại dần. Từ tháng thứ bảy trở đi sự phát triển độ vồng giảm đi rõ rệt và sau khoảng 1 năm độ vồng tăng không đáng kể . 4. Kết luận Qui luật chung của sự phát triển độ vồng của dầm BTCT DƯL có thể đợc nêu ra nh sau : khi tạo xong DƯL, dầm bị vồng lên. Sau đó độ vồng của dầm dần tăng lên do tính từ biến của vật liệu bê tông. Khoảng thời gian đầu nhất là tháng đầu tiên, độ vồng của dầm tăng lên nhiều, sau đó chậm dần. Từ tháng thứ bảy trở đi sự phát triển độ vồng giảm đi rõ rệt và sau khoảng một năm độ vồng tăng không đáng kể. Điều này có thể lý giải đợc là do giai đoạn đầu tốc độ từ biến xảy ra nhanh chóng, sau đó tốc độ từ biến bị chậm lại kèm theo các mất mát DƯL và sự tăng modul biến dạng theo thời gian, làm giảm dần sự phát triển độ vồng . Tác động của nhiệt độ trung bình của môi trờng xung quanh đến sự phát triển của độ vồng của dầm không nhiều (sai lệch thờng là nhỏ hơn 5%). Nhiệt độ trung bình tăng làm hạn chế sự phát triển độ vồng. Độ ẩm môi trờng tăng có tác dụng hạn chế sự phát triển độ vồng. Nếu so với nhiệt độ, ảnh hởng của độ ẩm đến độ vồng đáng kể hơn nhiều. Vì vậy độ ẩm là yếu tố cần đợc quan tâm thích đáng để đảm bảo chất lợng tốt cho dầm . Nếu căng kéo dầm khi bê tông quá non sẽ làm cho độ vồng tức thời và lâu dài phát triển mạnh, điều đó có thể gây ra những ảnh hởng rất bất lợi cho dầm, thậm chí có thể gây nứt dầm . Cốt liệu thô dùng để chế tạo bê tông dầm có ảnh hởng đáng kể đến độ vồng và sự phát triển của nó. Đá bazan có tác dụng hạn chế độ vồng, ngợc lại đá sa phiến và đá vôi thì làm cho độ vồng tăng khá nhiều. Khi chế tạo dầm nên sử dụng loại đá thạch anh, bởi độ vồng của dầm ở mức trung bình. ảnh hởng của việc sử dụng các loại xi măng khác nhau đến độ vồng không nhiều và nó chỉ đáng kể trong giai đoạn đầu mà thôi. Nên sử dụng loại thép cờng độ cao có độ tự chùng thấp bởi nó có độ dự trữ lực DƯL cao và quá trình mất mát DƯL do tự chùng của thép thấp hơn loại thép khử ứng suất thông thờng. Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Viết Trung. Thiết kế cầu bê tông cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI. Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà nội 2000 . [2] Nguyễn Viết Trung, Bùi xuân Học. Nghiên cứu diễn biến độ vồng theo thời gian của dầm BTCT DƯL giản đơn. Tạp chí Cầu đờng số 9 / 2001 . [3] Comite Euro - International du Beton. CEB - FIP Model Code 1990 (Design Code). Thomas Telford . [4] ACI Commitee Report. Control of Deflection in Concrete Structures (ACI 435R-95), 1999 [5] Josef Eibl , Karlsruhe. Concrete Structures Euro - Design Handbook. Ernst & Sohn , 1995. [6] AASHTO. Standard Specifications for Highway Bridges. Sixteeth Edition, 1996 . [7] A.H.Bryant. Creep and Shrinkage of a Bridge - Building Concrete. ACI Journal, March 1979 . 4 . giản hơn, do việc chế tạo dầm đợc thực hiện trong công xởng với mức độ công nghiệp cao. Trong khi đó, ở công nghệ căng sau chất lợng chế tạo phụ thuộc nhiều vào điều kiện công nghệ cụ thể, do đó. theo thời gian do chùng dão cốt thép, và có thể xuất hiện ứng suất kéo trong bê tông ở thớ trên mặt cắt giữa nhịp ảnh hởng của cốt liệu Cùng một cờng độ thiết kế nh nhau nhng modul đàn hồi của. kể. Điều này có thể lý giải đợc là do giai đoạn đầu tốc độ từ biến xảy ra nhanh chóng, sau đó tốc độ từ biến bị chậm lại kèm theo các mất mát DƯL và sự tăng modul biến dạng theo thời gian, làm