VẬT LÝ KIẾN TRÚC CHƯƠNG 6: TRẠNG THÁI ẨM ƯỚT VÀ ĐỘ BỀN LÂU CỦA KẾT CẤU BAO CHE

Ch ng 5ươ
Tr¹ng th¸i Èm ít vµ ®é bÒn
l©u cña kÕt cÊu bao che vµ tÝnh
to¸n truyÒn Èm qua kÕt cÊu
bao che

5.1. Khái niệm
- t, , v có ảnh hởng rất lớn đến cảm giác nóng lạnh của con ngời, đến bảo quản
hàng hoá, thiết bị và chế độ bền lâu của kết cấu công trỡnh.
- t, trong môi trờng càng cao tốc độ ô xy hoá của vật liệu càng nhanh
Nếu bề mặt các kết cấu của các nhà máy hoá chất bị ẩm ớt sẽ dẫn đến sự n mòn
kim loại (vỡ trên bề mặt kết cấu thờng có bụi hoá chất bám vào, các chất này có
tính kiềm hoặc axit).
65% tác dụng n mòn hoá học rất yếu
= 70 - 90% tác dụng n mòn hoá học mạnh hơn
95% tác dụng n mòn hoá học rất mạnh

5.1. Khái niệm
ộ ẩm lớn làm cho môi trờng có tính dẫn điện, nhất là khi trong không khí có
chứa nhiều CO
2
, clorua hay muối sunphát
- Không khí ẩm bề mặt kết cấu sinh ra nấm mốc, rêu, vi sinh vật, vật liệu kết
cấu sẽ bị phá huỷ.
- Các vật liệu gỗ, giấy . khi bị ẩm ớt sẽ biến dạng không đều nứt nẻ và bị phá
huỷ.
ặc biệt xứ lạnh, khi đóng bng nớc sẽ có thể tích kết cấu bị phá huỷ rất nguy
hiểm.
Tóm lại : độ bền lâu của các kết cấu bao che công trỡnh phụ thuộc rất nhiều
vào nhiệt độ và trạng thái ẩm $ớt của nó.

5.2. Trạng thái ẩm ớt của kết cấu bao che.
5.2.1. Nguyên nhân gây ẩm :
Xét về mặt thấm nớc, có thể phân kết cấu thành 2 loại:
- Vật liệu thấm nớc (thấm ẩm): gỗ, gạch, ngói, bê tông
- Vật liệu không thấm nớc: đá, kim loại, chất dẻo
Kết cấu bao che thờng đợc làm từ cả hai loại này, nên thờng trong kết cấu bao
che bao giờ cũng chứa một lợng nớc hoặc hơi nớc nhất định.
Nhng nguyên nhân gây ra trạng thái ẩm $ớt của kết cấu:
- Lợng nớc có sẵn trong vật liệu.
- Lợng nớc gi lại trong quá trỡnh thi công.
- Lợng nớc đợc hút từ nền đất lên do hiện tợng mao dẫn.
- ẩm thời thiết.
- Nớc ma thấm vào kết cấu, ma hắt
- Hiện tợng đọng sơng
- Do quá trỡnh sử dụng nhà (ma hắt)

5.2.2. Sự liên kết gia ẩm và vật liệu xây dựng
Dựa vào liên kết gia nớc và vật liệu, viện sĩ R.A. Robinder đã chia thành ba
dạng ẩm sau đây:
- ẩm liên kết là dạng hoá hợp: là lợng nớc cần thiết cho các phản ứng hoá học
để tạo thành vật liệu mới
+ Ví dụ: xi mng ninh kết
+ đá vôi tôi thành vôi nớc
- ẩm liên kết theo dạng hoá lý: là các màng hấp phụ trên bề mặt các lỗ và trong
các ống nhỏ ly ty trong vật liệu, chứa không khí ẩm.
Tác dụng: Nâng cao tính vng chắc của vật liệu (ví dụ đối với vật liệu bê tông
trong giai đoạn đầu sử dụng).
- ẩm liên kết theo dạng cơ lý: ẩm ngng tụ - ẩm này đợc gi trong các lỗ rỗng và
các mao quản trong vật liệu thấm nớc. õy là dạng ẩm trong vật liệu xây dựng

mà chúng ta cần nghiên cứu và xử lý. Lợng ẩm này có thể chuyển dịch trong
vật liệu do chênh lệch áp lực và bốc hơi từ bề mặt vật liệu trong quá trỡnh khô tự
nhiên.

5.2.2. Sự liên kết gia ẩm và vật liệu xây dựng
- Nng lợng liên kết của loại nớc này đợc xác định theo công thức:
A = - R x T x ln (E/e) = - R x T x ln (1/ )
R- hằng số chất khí R = 0,06236 (mmHg.cm
3
.độ.gam phân tử)
E- áp suất hơi nớc bão hoà của nớc tự do trên bề mặt vật liệu (mmHg)
e - áp suất hơi nớc thực tế trên bề mặt vật liệu (mmHg)
= e/ E: ẩm tơng đối của không khí (%)
T: nhiệt độ tuyệt đối của vật liệu (
0
K)

5.3. Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm
Vật liệu thấm nớc (thấm ẩm) để trong môi trờng tự nhiên bao giờ cũng chứa một
lợng ẩm nhất định.
Gọi W là dung ẩm của vật liệu, tính theo công thức:
W = (P
tn
P
k
)/P
k
( g/kg)
Hoặc bằng lợng tơng đối
W = (Ptn Pk)/Pk x 100%

+ P
tn
- Trọng lợng của vật liệu để khô trong môi trờng tự nhiên
+ P
k
- Trọng lợng của vật liệu khô tuyệt đối
Chúng ta chỉ xác định: S dch chuyn m trong VL ph thuc th m. Khi ẩm
trong vật liệu ở trạng thái nớc ngng tụ trong các lỗ hổng và mao quản thỡ sự dịch
chuyển ẩm chủ yếu là do lực mao dẫn và chênh lệch áp suất nớc gia các điểm,
còn khi nhả ẩm thỡ do sự bốc hơi nớc bề mặt quyết định. Trong trờng hợp này có
thể coi chênh lệch dung ẩm W (g/kg) là thế ẩm.

5.3. Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm
- Lợng ẩm chuyển dịch trong vật liệu đợc xác định theo định luật Furie (5.3)
- Quá trỡnh khuếch tán ẩm xuyên qua vật liệu chủ yếu do sự chênh lệch nhiệt độ (t)
và áp suất (e) ở 2 phía kết cấu gây ra.
- Quá trỡnh khuếch tán ẩm trong kết cấu thờng xảy ra rất chậm chạp và chỉ xảy ra
khi ga các điểm của vật liệu có sự chênh lệch áp suất hơi nớc (e).
- Lợng ẩm G khuếch tán đi qua bề mặt trong kết cấu đợc xác định trong công
thức sau:
G =
t
(e
t
- e
mt
) g/m
2
.h
Trong ó:

e
t
: áp suất hơi nớc của không khí trong nhà
e
mt
: áp suất hơi nớc trên bề mặt kết cấu

t
: Hệ số trao đổi ẩm trên bề mặt trong kết cấu g/m
2
.h.mm.Hg

5.3. Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm
- ẩm trở trên mặt trong kết cấu, ph thuc vo tc chuyn ng ca khụng khớ
gn b mt kt cu m cũn ph thuc vo trng thỏi m ca VL, đợc định nghĩa
Ra
t
= 1 /
t
(mmHg.m
2
.h/g)
Cụng thc tớnh:
Ra
t
= R x T x ln (E/e) x (1 / ( x )) (mmHg.m
2
.h/g) (5.7)
Trong đó:
E: áp suất hơi nớc bão hoà

e: áp suất hơi nớc của vật liệu đang xét
=
d
/ (0.92 x C x )

d
- Hệ số trao đổi nhiệt bằng đối lu
C - Tỷ nhiệt của không khí = 0,24
- Trọng lợng đơn vị thể tích của không khí < 1 kg/m
3
kk
Từ công thức (5.7) ứn với
t
= 25
0
C (điều kiện tiêu chuẩn) tính đợc ẩm trở trên bề
mặt của kết cấu.

5.3. Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm
ẩm trở mặt trong kết cấu đợc xác định nh sau:
ặc tính ẩm của phòng ộ ẩm không khí ở
gần kết cấu (%)
R
at,
(mmHg, m
2
.h/g)
Tờng phía hành lang trống, không
có nắng chiếu vào, không có ma
hắt

- 0,22
Rất khô, có lợng nhiệt thừa lớn 25 0,98
Khô, đợc sởi ấm 40 0,91
ẩm bỡnh thờng
55 0,60
Hơi ẩm 70 0,34
ẩm 85 0,16
Khi bề mặt kết cấu luôn luôn có n
ớc ngng đọng (đọng sơng bề
mặt)
100 0

5.3. Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm
- ẩm trở mặt ngoi kết cấu đợc xác định nh sau:
+ Khi tốc độ gió ngoài nhà nhỏ (vn 1 m/s):Ra
n
= 0,25
+ Khi tốc độ gió ngoài nhà trung bỡnh (vn = 2-3 m/s):Ra
n
= 0,12
+ Khi tốc độ gió ngoài nhà lớn (vn = 4-5 m/s):Ra
n
= 0,06
- Lợng ẩm khuếch tán đi qua toàn bộ KC
G = 1/R
ao
( e
t
e
n

) (g/m
2
h)
- Lợng ẩm khuếch tán đi qua KC thứ i (từ mt này -> mặt kia)
G = 1/R
ai
( e
t
e
n
) (g/m
2
h)
Trong các công thức trên:
R
ao
= R
at
+ R
a1
+ + R
ai
+ R
an
= R
at
+ d
1
/à
1

+ + d
i
/à
i
+ R
an
R
ao
- Tổng ẩm trở ca KCBC
R
a1
R
ai
- ẩm trở của các lớp KCBC
áp suất hơi nớc ở bề mặt trong VL thứ i:

i
: h s khuch tỏn m ca VL (ph lc 5)
eo, en: áp suất hơi nớc không khí trong và ngoài nhà
ei, ei-1: áp suất ỏ bề mặt trớc và sau lớp vật liệu thứ i

5.4. Xác định vùng nớc ngng tụ (đọng nớc) trong nội bộ kết cấu
- Khái niệm: Khi áp suất riêng của hơi nớc trong kết cấu (ei) vợt quá áp suất
hơi nớc bão hoà E tơng ứng với nhiệt độ phân bố trong kết cấu thỡ hơi nớc ng
ng tụ thành nớc nằm trong kết cấu. Đây là một hiện tợng xấu, làm giảm độ bền
vng và hạ thấp khả nng cách nhiệt của kết cấu.
- Phơng pháp thuận tiện nhất để xét khi ẩm xuyên qua kết cấu có thể gây ra ng
ng tụ nớc hay không là Ph$ơng pháp biểu đồ của F.V.Uskov:
+ Vẽ đờng phân bố áp suất hơi nớc (e) và nhiệt độ (t) biến thiên trong
nội bộ kết cấu.

+ Dựa vào đờng cong biến thiên t
0
đờng cong biến thiên E (áp suất
hơi nớc bão hoà) trong kết cấu (phụ lục 4) hoặc biểu đồ I-d.
+ Nếu đờn cong e nằm phía trên hoặc có cắt nhau với đờng E thỡ nội bộ
kết cấu sẽ có hiện tợng ngng tụ hơi nớc.
+ Nếu đờng cong e nằm dới đờng cong E thỡ không có ngng tụ nớc
trong nội bộ kết cấu.

5.4. Xác định vùng nớc ngng tụ (đọng nớc) trong nội bộ kết cấu
Kết cấu 1 lớp : ờng phân bố "e" là một đờng thẳng (từ t
n
,t
t
-> đờng E).
- Giao điểm của đờng thng "e" với mặt ngoài và mặt trong kết cấu ta đợc tiêu
điểm trái (A) và tiêu điểm phải (B) của biểu đồ. Vỡ độ ẩm biến thiên liên tục nên:
- Từ A và B vẽ 2 đờng tiếp tuyến với đờng cong E. Giao điểm của 2 đờng tiếp
tuyến với E là A' và B'. Từ đấy ta xác định đợc giới hạn phạm vi ngng tụ nớc.
- oạn đờng hợp bởi hai đoạn tiếp tuyến và đoạn đờng cong gia A' và B' (do E
tạo nên) chính là đờng biểu diễn áp lực hơi nớc thực tế trong nội bộ kết cấu.
Tr$ờng hợp kết cấu nhiều lớp:
- ể tiêu điểm, phải làm đờng e trở hành đờng thẳng. Chuyển mặt cắt từ tỷ lệ
chiều dày các lớp sang tỷ lệ ẩm trở các lớp (d ->Rai).
- Nếu đờng e thấp hơn đờng E -> không có hiện tợng ngng đọng nớc.
- Nếu đờng e cắt hoặc cao hơn đờng E -> có hiện tợng ngng đọng nớc.

5.5. Tác động xâm thực của môi trờng lên kết cấu bao che
Trong môi trờng đặc biệt là trong nền công nghiệp phát triển , có nhiều hơi nớc,
kiềm và muối thờng gây ra hiện tợng kết cấu bao che bị xâm thực.

Trong bất kỳ một môi trờng xâm thực nào sự phá hoại vật liệu xây dựng phụ
thuộc vào tốc độ của hai quá trỡnh sau:
1. Tốc độ xuyên thấu của các chất xâm thực vào bề mặt kết cấu
2. Tốc độ bị phá hoại của vật liệu khi bị chất xâm thực tác động.
Hai quá trỡnh trên xảy ra dễ dàng ở độ ẩm cao và to cao. ặc biệt hiện nay trong
môi trờng có nhiều khí SO2, và NO2 dẫn đến ma axit, vùng gần biển: trong
không khí gần biển có mang theo muối nên các chất xâm thực rất nguy hiểm.
Tác động phá hoại của môi trờng xâm lợc rất mạnh và nhiều khi gây tác hại lớn,
nghiêm trọng cho công trỡnh xây dựng. Vỡ vậy khi thiết kế và xây dựng phải thấy
hết nguyên nhân gây ra nhng tác động phá hoại để tỡm ra các biện pháp cấu tạo
thích hợp.

5.6. ộ bền lâu của kết cấu ngn che
1. ộ bên lâu của kết cấu ngn che
- ộ bền lâu của công trỡnh là độ dài thời gian (tuổi thọ) của công trỡnh.
- Nghĩa là theo độ dài thời gian, dới tác dụng của môi trờng xung quanh nh dao
động nhiệt độ, độ ẩm, ma nắng và môi trờng xâm thực mà công trỡnh vẫn
gi đợc độ vng chắc về các đặc tính cơ lý của chúng, không phải sửa cha hoặc
thay thế bằng các cấu kiện mới.
- Thông thờng độ bền lâu của kết cấu bao che bị h hại nhanh là vỡ các hệ vết rạn
nứt do ứng suất vợt quá độ bền lâu của kết cấu. Các ứng suất đó thờng do trờng
nhiệt và trờng ẩm phân bố không đều trong kết cấu gây ra, đặc điểm đối với các
kết cấu có kích thớc lớn, lại chịu ma nắng thờng xuyên.

5.6. ộ bền lâu của kết cấu ngn che
1. ộ bên lâu của kết cấu ngn che
ại lợng dùng đánh giá mức độ h hại của kết cấu:
H = ( x x x L) / E x n
Trong đó:
: ứng suất của vật liệu ứng với gradient t hoặc

- gradient t hoặc theo chiều dày của kết cấu
- hệ số dãn nở nhiệt của kết cấu
L - Kích thớc đặc trng của kết cấu.
E- Mô dun đàn hồi của kết cấu (kg/cm).
n - Số lần chu kỳ tác dụng/ n m (của t và )
H - Phụ thuộc vào tính chất vật liệu, đợc xác định bằng thực nghiệm

5.6. ộ bền lâu của kết cấu ngn che
2. Các biện pháp nâng cao độ bền của nhà
ộ bền của nhà phụ thuộc vào:
- Chất lợng vật liệu.
- Giải pháp kết cấu.
- Tính chất của các lớp bảo vệ mặt ngoài kết cấu.
-
Các biện pháp hạn chế tác động của các nhân tố khí hậu đến công trỡnh;
-
Cht lng v k thut thi cụng;
Gii phỏp thit k
-
m bo trng nhit ng u;
-
Kt cu khụng b quỏ m;
-
D sa cha, thay th;
-
Trỏnh ma ht vo tng, dựng lp ph b mt tng chng ma thm sõu
vo tng: va tam hp mỏc cao, p mt tng bng ỏ x;
-
Kt cu bng g, st nờn sn bo v;
-

Thụng giú cho kt cu nhanh khụ chng m;

Ch¬ng 8
ThiÕt kÕ nÒn nhµ chèng nåm

8.1. Khái niệm
1. Bản chất hiện tợng của nồm
Hiện tợng nồm thờng xảy ra trong điều kiện đặc thù của khí hậu miền Bắc, thờng vào
cuối đông đầu xuân (từ tháng 2 đến tháng 4 hàng nm). Hiện tợng nồm xảy ra khi:

bm
t
s
2. iều kiện hỡnh thành nồm
Hiện tợng nồm chỉ xảy ra khi thoả mãn đồng thời 4 điều kiện sau:
1) Có thời gian lạnh đủ dài trớc khi có hiện tợng "nồm" xảy ra. Vỡ mọi vật đều
có tính ổn định nhiệt (sức về nhiệt đợc đặc trng bằng đại lợng chỉ số quan tính nhiệt D
hoặc độ ổn định nhiệt bề mặt Y) càng lớn, nhiệt độ của bề mặt VL sẽ biến đổi chậm hơn
nhiệt độ kk xung quanh, thỡ sẽ có hiện tợng bm ts
2) Có sự thay đổi đột ngọt từ lạnh chuyển sang nóng ẩm, và độ ẩm của môi trờng
không khí cao ( 85%).
3) Có sự trao đổi không khí gia trong và ngoài nhà (mở cửa). ây là nguồn cung
cấp hơi ẩm cho quá trỡnh ngng tụ hơi nớc trên bề mặt nền nhà.
4) Quá trỡnh ngng tụ hơi nớc từ không khí trên bề mặt kết cấu nhanh hơn quá
trỡnh bốc hơi nớc từ bề mặt kết cấu và thẩm thấu nớc vào trong kết cấu.
Thực nghiệm cho thấy, nếu thoả mãn cả 4 điều kiện trên thỡ chỉ cần nhiệt độ không khí
ngoài nhà lớn hơn nhiệt độ không khí trong nhà khoảng 0,7 - 1,50C là có thể xảy ra hiện
t$ợng nồm rồi. Nh$ng nếu nhiệt độ không khí ngoài nhà chỉ tng từ từ, mà không tng
đột ngột, thỡ cho dù sự chênh lệch nhiệt độ gia trong và ngoài có thẻ cao hơn vẫn không
xảy ra hiện t$ợng nồm.

8.2. phơng pháp tính toán khả nng chống nồm của nền nhà có nhiều lớp
8.2.1. Một số chỉ tiêu thiết kế sàn chống nồm
1. Chỉ tiêu hiệu quả chống nồm của sàn:
Khả nng chống nồm của sàn đợc xác định theo biểu thức thực nghiệm sau:
t = 0,735 InY - 1,383 (8.1)
Nền có khẳn nng chống nồm tốt là loại nền đợc cấu tạo sao cho
t=bm ts > 0
2. Chỉ tiêu sàn chống nồm tốt:
t > 0,05
Y 6,5 và (8.2)
td 0,35
Trong đó:
t=bm - ts : Chênh lệch nhiệt độ bề mặt nền nhà và nhiệt độ điểm sơng của
không khí
Y - hệ số ổn định nhiệt bề mặt của kết cấu tính bằng Kcal/m2 h0C. ợc tính nh
sau;
- Chỉ số quán tính nhiệt của kết cấu nhiều lớp đợc xác định nh sau:
D = RiSi
Trong ú:
S
i
: h s n nh nhit ca kt cu tra trong ph lc
R
i
= d
i
/
i

8.2. phơng pháp tính toán khả nng chống nồm của nền nhà có nhiều lớp
8.2.1. Một số chỉ tiêu thiết kế sàn chống nồm
- Hệ số ổn định nhiệt bề mặt của các lớp kết cấu "dày" và "mỏng" đợc tính nh
sau:
1. Lớp kết cấu dày Di 1:
Y
i
= S
i
2. Lớp kết cấu mỏng Di < 1:
- Nếu cộng thêm lớp tiếp theo, kết cấu trở thành dày (D
i
+ D
i+1
1) thỡ:
Yi = (R
i
Si
2
+ S
i+1
)/ (1 + R
i
S
i+1
)
-
Nếu cộng thêm lớp tiếp theo, kết cấu vn mng (D
i

+ D
i+1
< 1) thỡ:
Yi = (R
i
S
i
2
+ Y
i+1
)/ (1 + R
i
Y
i+1
)

td
- Hệ số dẫn nhiệt tơng đơng của nền nhà có cấu tạo của nhiều lớp,
kcal/m
2
h.h.0C,

td
= d
i
/ (d
i
/
i
)

Thông thờng, khi thiết kế dàn chống nồm, phải chọn vật liệu sao cho chỉ cần 2 - 3
lớp vật liệu là đã đảm bảo Di 1.

8.2.2. Thiết kế sàn chống nồm
1- Nguyên tắc cơ bản chống nồm cho sàn:
- Hạ thấp nhiệt độ không khí (tơng đơng với việc hạ thấp nhiệt độ điểm s
ơng xuống thấp hơn nhiệt độ bề mặt KC).
- Giảm độ ẩm trong không khí
- Nâng nhiệt độ bề mặt KC cao hơn nhiệt độ điểm sơng
- Chọn Y,
td
= min