Khống chế nhiệt trong bê tông khối lớn

KHỐNG CHẾ NHIỆT TRONG
BÊ TÔNG KHỐI LỚN


Mục lục
KHỐNG CHẾ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN ......................................................... I
Mục lục................................................................................................................................. II
CHƯƠNG 1: NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA NỨT NẺ
VỀ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN ......................................................................... 1
1.1. Ứng suất nhiệt của bê tông .......................................................................................... 1
1.1.1. Nứt nẻ bề mặt ....................................................................................................... 1
1.1.2. Nứt xuyên khối bê tông ........................................................................................ 2
1.2. Biện pháp giảm ứng suất nhiệt trong bêtông ................................................................ 4
1.2.1. Giảm lượng phát nhiệt của bêtông ........................................................................ 4
1.2.2. Hạ thất nhiệt độ đổ bê tông ................................................................................... 4
1.2.3. Tăng tốc độ toả nhiệt của bêtông........................................................................... 5
CHƯƠNG 2: KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT Ở ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM
LĂN ...................................................................................................................................... 6
2.1. Ứng suất ràng buộc bên ngoài ..................................................................................... 6
2.1.1. Hệ số ràng buộc của nền đá: ................................................................................. 7
2.1.2. Hệ số ràng buộc của bê tông cũ: ........................................................................... 9
2.2. Ứng suất ràng buộc bên trong .................................................................................... 11
2.2.1. Ứng suất nhiệt ràng buộc bên trong do khe thi công nằm ngang sinh ra. ............. 12
2.2.2. Mặt đập thượng hạ lưu phát sinh ứng suất nhiệt rằng buộc bên trong. ................. 15
2.3. Khống chế nhiệt độ ở đập bêtông đầm lăn ................................................................. 18
2.4. Phân tích quá trình (biến hoá) thay đổi nhiệt độ ......................................................... 19
2.4.1. Những giả định khi dùng phương pháp Carlson để tính toán, phân tích mô hình: 21
2.4.2. Chiều dày tầng đổ bê tông và biến hoá của nhiệt độ ............................................ 22
2.4.3. Tốc độ đổ bê tông và sự biến hoá nhiệt độ .......................................................... 25
2.4.4. Làm lạnh trước và không làm lạnh trước với quá trình thay đổi nhiệt độ. ............ 26
2.5. Khống chế nhiệt độ ở đập bê tông đầm lăn ở Trung Quốc .......................................... 27

2.5.1. Lượng ciment dùng cho 1 đơn vị ít. .................................................................... 28
2.5.2. Khống chế nhiệt độ đổ bêtông khi đổ bêtông trong mùa nhiệt độ thấp. ................ 28
2.5.3. Nhân công làm lạnh để hạ nhiệt độ ..................................................................... 29
2.5.4. Khống chế nhiệt độ thấp: .................................................................................... 29

II


CHƯƠNG 1: NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH VÀ BIỆN PHÁP
PHÒNG NGỪA NỨT NẺ VỀ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN
1.1. Ứng suất nhiệt của bê tông
Sự nứt nẻ của bêtông do nhiều nguyên nhân như: nhiệt độ, co nót, lún
không đều, tính kiềm trong cốt liệu đá, sỏi và sự biến dạng của ván khuôn.v.v..
Nhưng đối với bêtông khối lớn nghiêm tọng nhất là nứt nẻ vì nhiệt. Vì vậy việc
phòng ngừa nứt nẻ vì nhiệt trong bêtông khối lớn (khối có kích thước 2,5 x 2,5 x
2,5 m trở lên) là nhiệm vụ hàng đầu trong quá trình thi công.
Như chúng ta đều biết trong quá trình đông kết của bêtông, sự thuỷ hoá
của xi măng sinh ra lượng nhiệt lớn làm thể tích bêtông nở ra. Mặt khác bêtông
lại có tính dẫn nhiệt kém vì vậy phải qua một thời gian tương đối dài nhiệt bên
trong bêtông mới toả nhiệt hết. Quá trình toả nhiệt làm thể tích bêtông co lại.
Do chênh lệch nhiệt độ và sự phân bố nhiệt ở các phần của khối bê tông
khác nhau làm cho khối bêtông chịu hai loại kiềm chế mà sinh nứt nẻ sau đây:
1.1.1. Nứt nẻ bề mặt

Do sự chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài khối bêtông khi nhiệt
độ bên trong bêtông chưa toả hết mà mặt bên ngoài của khối bêtông đã nguội
lạnh hoặc do nhiệt độ của môi trường bên ngoài thay đổi mà sinh ứng suất nhiệt
(ngoài bị kéo trong bị nén).
Khi ứng suất nhiệt lớn hơn ứng suất chịu kéo cho phép làm mặt bêtông bị
nứt nẻ (xem hình 1-1, 1-2).

Hình 1-1. Phân bố ứng suất nhiệt của tường
1. Khu ứng suất nén. 2. Khu ứng xuất kéo 3. Nứt nẻ bề mặt.

1


Hình 1-2. Nứt nẻ bề mặt và nứt xuyên ở đập bê tông
1. Nứt bề mặt.

2. Nứt xuyên

Nứt nẻ bề mặt thường xuất hiện sau khi đổ bê tông 1 tuần.
Ứng suất nhiệt độ ở bề mặt của khối bêtông có thể xác định theo công
thức sau:


E
T
1 

Trong đó:
2

 - ứng xuất kéo lớn nhất có thể phát sinh ở mặt khối bê tông (N/m )
-5

0

 - Hệ số dãn nở vì nhiệt của bêtông, thường là (0,8  1) x 10 (1/ C)

E - Môđuyn đàn hồi của bê tông, thường là (1,4  2,4) x 1010 (N/m2)
 - Hệ số poát-xông, thường là 1/6

T - Độ chênh lệch giữa nhiệt độ bình quân của khối bê tông với nhiệt độ
khí trời (0C).
1.1.2. Nứt xuyên khối bê tông

Sau khi đổ bê tông, thể tích khối bê tông nở cho tới khi nhiệt độ đạt đến
trị số cao nhất. Sau đó nhiệt độ lại dần hạ xuống cho đến nhiệt độ ổn định của
môi trường bên ngoài. Đồng thời với quá trình hẹ nhiệt độ khối bê tông cũng co
lại. Nhưng giai đoạn này bê tông đã đông cứng. Phần đáy công trình bị nền đá
hoặc mặt bê tông cũ kiềm chế mà không co lại tự do được, do đó sinh ứng suất
kéo ở phần đáy công trình bị nền đá hoặc mặt bêtông cũ kiềm chế mà không co

2


lại tự do được, do đó sinh ứng suất kéo ở phần đáy công trình và ứng suất cắt ở
mặt tiếp xúc (Xem hình 1-3, 1-4).

Hình 1-3. Phân bố ứng xuất ở đáy khối bê tông
1. Khu ứng suất nèn; 2. Khu ứng xuất kéo; 3. Khu ứng suất cắt

Khi ứng suất kéo vượt quá ứng suất kéo cho phép, bê tông sẽ nứt nẻ. Nứt
nẻ trong trường hợp này gọi là nứt xuyên. Nứt xuyên rất nguy hiểm, làm mất
tính chỉnh của công trình, nếu không kịp thời phát hiện và xử lý công trình sẽ bị
phá hoại. Loại nứt xuyên này thường khó phát hiện thường sinh ra trong thời kỳ
công trình vận hành.
Ứng suất nhiệt gây nứt xuyên có thể xác định bằng công thức sau:



EKR
T
1 

Trong đó:
- Hệ số từ biến của bêtông K = 0,5
- Hệ số kiếm chế của nền đối với bê tông. Hệ số này phụ thuộc vào kích
thước của khối bê tông (xem hình 1-4 và bảng 1-1).
Bảng 1-1
y/L

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

R

0,55

0,4

0,27

0,10

0,08

0

T = T1 + T2 - T3
T1 - nhiệt độ của bêtông khi đổ (0C)
3


T2 - nhiệt độ của bêtông do ximăng thuỷ hoá (0C)
T3 - nhiệt độ ổn định của khoảnh bê tông (0C)
, E,  - đã nói ở trên

Hình 1- 4.
L- Chiều rộng của khối bê tông

y- Khoảng cách biến đổi.

1.2. Biện pháp giảm ứng suất nhiệt trong bêtông
1.2.1. Giảm lượng phát nhiệt của bêtông

a) Giảm lượng dùng ximăng bằng các biện pháp sau:
- Dùng chất pha trộn thay một phần xi măng như bột than xỉ
- Dùng bê tông khô
- Tăng đường kính cốt liệu

- Dùng chất phụ gia hoá dẻo, thuốc gia khí
- Dùng bê tông độn đá bộc
- Phân vùng ứng lực công trình, dùng mác bê tông khác nhau
- Dùng cấp phối hợp lý nhất
- Dùng cường độ bêtông thời kỳ cuối khi thiết kế công trình.
b) Thi công đập bêtông bằng cách dùng khối bêtông đúc sẵn
c) Dùng xi măng ít toả nhiệt
1.2.2. Hạ thất nhiệt độ đổ bê tông

a) Dùng nước đá trộn bê tông
b) Làm lạnh cốt liệu (đá, sỏi, cát) trước khi trộn bêtông
4


c) Đổ bê tông lúc nhiệt độ khí trời thấp như đổ bêtông vào mùa đông, mùa
hè đổ bêtông vào ban đêm.
1.2.3. Tăng tốc độ toả nhiệt của bêtông

a) Giảm chiều dày (chiều cao) khoảnh đổ… Bố trí tuần tự khoảnh đổ để
kéo dài thời gian gián cách giữa khoảnh đổ và khoảnh đổ trên nó.
b) Tăng diện tích mặt toả nhiệt.
c) Hạ thấp nhiệt độ ở mặt toả nhiệt như tưới nước lạnh.
c) Tăng tốc độ toả nhiệt bên trong bằng cách chôn đường ống dẫn nước
lạnh, chừa giếng đứng trong khối bêtông (xem hình 1-5).

Hình 1-5. Sơ đồ bố trí đường ống làm lạnh trong khối đổ

5

CHƯƠNG 2: KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT Ở
ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
Đập bêtông từ thiết kế, thi công cho đến giai đoạn quản lý, ứng suất nhiệt
là một trong những đề mục nghiên cứu chủ yếu. Ứng suất nhiệt của đập bêtông
đầm lăn, cũng giống như các đập thông thường có thể chia ra ứng suất ràng buộc
nội bộ. Trong quá trình thi công nên chú ý khống chế nhiệt độ, đề phòng do ứng
suất nhiệt quá cao mà sinh ra nứt.
2.1. Ứng suất ràng buộc bên ngoài
Ứng suất ràng buộc bên ngoài là chỉ do bêtông mới đổ và nền đá hoặc
bêtông đã đổ cũ có sự chênh lệch về nhiệt độ, hoặc chênh lệch do đặc tính biến
dạng tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến ứng suất. Bêtông đổ xong, vừa
sinh ra thuỷ hoá nhiệt vừa đông kết, nếu không tiến hành dùng nhân công để
khống chế nhiệt thì quá trình thay đổi nhiệt độ, sẽ thể hiện giống như hình 2-1.

Hình 2-1. Quá trình biến hoá nhiệt độ của bê tông

Nhiệt độ của bêtông từ từ tăng lên, do nguyên nhân toả nhiệt ở bề mặt, sự
tăng lên của nhiệt độ dần dần chậm đi, đến một thời điểm nào đó sau khi đạt đến
nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ lại từ từ hạ xuống. Sau cùng là đạt đến trạng thái
nhiệt độ ổn định cuối cùng, do điều kiện nhiệt độ bên ngoài có tính chu kỳ quyết
định.
Ta thử phân tích trong hình vẽ 6-1 thể hiện sự thay đổi ứng suất trong quá
trình thay đổi nhiệt độ của bêtông. Trong quá trình nhiệt độ tăng lên, bêtông
6


chịu ứng suất nén, nhưng khi vượt qua nhiệt độ cao nhất, bê tông bắt đầu co lại,
chuyển thành ứng suất kéo cho đến khi nhiệt độ ổn định cuối cùng mới dừng,
ứng suất kéo cứ tăng lên dần. Trong tình hình chung quá trình cường độ bê tông
tăng lên, hệ số nở theo tuyến tính (đường thẳng) cơ bản không thay đổi, môđuyn

đàn hồi trong thời gian dưỡng hộ ban đầu nhỏ, cùng với sự tăng lên của thời
gian dưỡng hộ, mô đuyn đàn hồi càng lớn. Ngoài ra nhiệt độ ổn định cuối cùng
nói chung thấp hơn nhiệt độ cao nhất, như vậy lượng thay đổi nhiệt độ là trị số
âm. Trong trường hợp này cuối cùng ứng suất trong bê tông là ứng suất kéo.
Đồng thời do môđuyn đàn hồi biến thành nhỏ khi nhiệt độ bê tông tăng lên, do
đó có thể suy đoán ra ứng suất nén lúc này cũng nhỏ, vì thế có thể cho rằng ứng
suất ràng buộc của nền đá thông thường là ứng suất kéo.
Do sự ràng buộc của nền đá hoặc bê tông cũ, ứng suất  sinh ra ở trong bê
tông là:


R.Ec. .F
1 

(2-1)

Trong đó:
R

: Hệ số ràng buộc của bê tông cũ hay nền đá

Ec

: môđuyn đàn hồi của bêtông



: Hệ số nở tuyến tính của bêtông

F

: Lượng thay đổi nhiệt độ



: Hệ số poát sông

Dưới đây nói rõ thêm về hệ số ràng buộc
2.1.1. Hệ số ràng buộc của nền đá:

Lượng vật lý ảnh hưởng đến hệ số ràng buộc của nền đá trong đó có mô
đuyn đàn hồi EC của bêtông, môđuyn đàn hồi của nền đá ER, chiều dài của
bêtông L, chiều cao H, vị trí (X.y) trong khối đổ, vì thế căn cứ vào định lý  của
BucKingham, hệ số ràng buộc của nền đá có thể dùng hàm số sau đây để biểu
thị:
E H X Y 
R  f  c , , , 
 ER L L H 

7


Giả thiết biến dạng của bê tông hoàn toàn bị ràng buộc, ứng suất tồn tại
trong bêtông là:


 = Ec (F - ) = Ec F 1  K


EC H 

 
E R L 

(6-2)

Đem công thức này so sánh với công thức (6-1) cho thấy, hệ số ràng buộc
của nền đá R là hàm số của

E
H
và C
ER
L

Từ thảo luận ở trên có thể làm rõ, hệ số ràng buộc của nèn đá to hay nhỏ,
không thể trực tiếp căn cứ vào chiều dài L của khối bê tông để quyết định, mà
phải căn cứ vào tỷ lệ giữa chiều dài và chiều cao H/L để quyết định.
Kết luận này là hết sức quan trọng. Hình vẽ 6-2 biểu thị bộ phận giữa mặt
tiếp xúc có sự ràng buộc lớn nhất, hệ số ràng buộc lớn hoặc bé tương ứng với
những H/L, EC/ER khác nhau. Từ hình vẽ 2-2 cho thấy:
1- Tỷ lệ chiều cao đổ bê tông và chiều dài phân đoạn H/L càng nhỏ thì sự
ràng buộc bên ngoài càng lớn.
2- Tỷ lệ giữa mô đuyn đàn hồi của nền đá và bê tông EC/ER càng nhỏ thì
hệ số ràng buộc bên ngoài càng lớn.
3- Hệ số ràng buộc bên ngoài, ở mặt đáy của khối đổ là lớn nhất, hướng
của ứng suất sinh ra song song với mặt đáy, vị trí khối đổ càng lên trên, hệ số
ràng buộc càng nhỏ, khi khối đổ mà H/L càng lớn thì xu hướng này càng rất rõ
ràng.

8

Hình 2-2. Quan hệ giữa hệ số ràng buộc bên ngoài và H/L, EC/ER khác nhau.

2.1.2. Hệ số ràng buộc của bê tông cũ:

Hệ số ràng buộc của bêtông cũ đối với bêtông mới biểu thị ở hình 2-3. Từ
kết quả giải thích có thể biết:
1- Hệ số ràng buộc bên ngoài của bêtông cũ đối với bêtông mới đổ.
Nếu đổ bêtông cũ đến một độ cao nhất định, hầu như không chịu ảnh
hưởng mô đuyn đàn hồi của nền đá.
2- Hệ số ràng buộc lớn hay nhỏ, hầu như không chịu ảnh hưởng của độ
cao đổ tông.
3- Hệ số ràng buộc bên ngoài của bêtông cũ đối với bêtông mới gần đúng
với hệ số ràng buộc bên ngoài của nền đá đối với bê tông khi

EC
= 2.
ER

Dưới đây đưa ra một ví dụ về kết quả tính toán ứng suất ràng buộc bên
ngoài của 2 đập bêtông đầm lăn.
Ở đập Đảo Địa Xuyên:
R = 0,25 (giả định EC/ER = 5, từ bản vẽ 6-2 xác định

9


EC = 2 x 10-5 kg/cm2 (xé từ nhuyễn biến dẫn đến ứng suất thả lỏng lấy
môđuyn đàn hồi hữu hiệu.

 = 1 x 10-5/0C (lấy trị số thường dùng)
F = 250C (chênh lệch giữa độ cao nhất và nhiệt độ ổn định cuối cùng)
 = 9,25 x 2 x 105 x 1 x 10-5 x 25 = 12,5kgf/cm2

Hình 2-3. Hệ số ràng buộc bên ngoài của bê tông cũ đối với bê tông mới

Ở đập Đại Xuyên:
R = 0.4 (giả định EC/ER = 5 từ bản vẽ 6-2 xác định
E0 = 2 x 10-5 kgf/cm2 (xét đến do nhuyễn biến mà dẫn đến ứng suất thả
lỏng, lấy mô đuyn đàn hồi hữu hiệu).
 = 1 x 10-5/c (lấy trị số thường dùng)
F = 150C (chênh lệch thực đo giữa nhiệt độ ổn định cuối cùng và nhiệt
độ cao nhất).
 = 0,4 x 2 x 105 x 1 x 10-5 x 15 = 12Kgf/cm2 giả thiết cường độ kháng
kéo của bê tông bàng 1/10 cường độ kháng nén của bêtông, thì cường độ kháng
kéo thỏa mãn yêu cầu chống lại ứng suất nhiệt độ. Đối với bản máy đập Đại
Xuyên đã tiến hành điều tra tỷ mỷ, không phát hiện do có sự ràng buộc bên
10


ngoài mà dẫn đến nứt có thể nhìn thấy được. Ngoài ra đối với thân đập bê tông,
sau khi đập hoàn công, do trọng lượng bản thân và áp lực nước tĩnh dẫn đến ứng
suất là ứng suất nén, có xu hướng triệt tiêu kéo.
2.2. Ứng suất ràng buộc bên trong
Cái gọi là ràng buộc bên trong là chỉ khi trong bê tông mới đổ sinh ra bậc
thang nhiệt độ, trong bê tông do có sự co lại và nở ra dẫn đến sự chênh lệch lớn
nhỏ của ứng biến mà tạo thành ứng suất. Ví dụ ở trong nội bộ bê tông mới đổ do
có thủy hóa nhiệt mà dẫn đến nhiệt độ tăng lên, làm cho bê tông nở ra. Nhưng
chung quanh bề mặt của bê tông, thủy hóa nhiệt hướng ra ngoài phát tán, nhiệt
độ cơ bản không tăng. Khi mà nhiệt độ bên ngoài hạ xuống đột ngột, nhiệt độ bề

mặt hạ xuống, làm cho bê tông co lại. Sự khác nhau của loại biến dạng như thế
này làm cho trong nội bộ bê tông có sự tác dụng ràng buộc đối với sự phát sinh
biến dạng chung quanh bề mặt. Ngược lại, chung quanh bề mặt cũng lại có sự
ràng buộc đối với biến dạng phát sinh trong nội bộ. Loại ràng buộc này đối với
biến dạng biểu hiện thành ứng suất nhiệt, làm cho bề mặt chịu ứng suất kéo, bên
trong chịu ứng suất nén. Trong thời kỳ dưỡng hộ ban đầu, khi cường độ bê tông
chia đủ loại ứng suất kéo bề mặt này sẽ làm cho bê tông sinh ra nứt ở bề mặt.
Kết luận phân tích ở trên và kinh nghiệm thực tiễn là thống nhất:
(1) Sau khi đổ bê tông một số ngày gặp lạnh, thì dễ phát sinh nứt
(2) Bê tông đổ vào mùa hè qua một số tuần, đến mùa thu khi trời lạnh, dễ
phát sinh nứt. Loại nứt này gọi là nứt nhỏ, chỉ hạn chế ở bề mặt có chiều dài, độ
sâu ước chỉ mấy mi li mét, đây là loại nứt rất nhỏ.
Ứng suất ràng buộc bên trong, có thể chia ra làm 3 loại
(l) Ứng suất nam ngang tiếp mặt khe
(2) Ứng suất trên mát đập thượng hạ lưu
(3) Ứng suất trên mặt khe ngang.
Trong đó (3) về bản chất không có liên quan với bê tông đầm lăn. Nếu về
định tính mà xem xét, có thể xem giống với (2), không phải là các đặc biệt sẵn
có của đập bê tông đầm lăn mà là vấn đề có tính chất chung của đập bê tông,
nhưng diện tích (chiều dài) khe nằm ngang tăng lên, tình hình có thể có thay đổi.
Sau đây sẽ thảo luận 2 loại ứng suất (l) và (2)

11


2.2.1. Ứng suất nhiệt ràng buộc bên trong do khe thi công nằm ngang sinh ra.

Ứng suất nhiệt ràng buộc bên trong, trong mặt khe thi công nằm ngang ở
thời kỳ bậc thang nhiệt độ lớn nhất, có nghĩa là sau khi vừa mới đổ bê tông
xong, trong thời kỳ thời gian dưỡng hộ ngắn trở thành vấn đề lớn. Vì thế phải

nhằm vào bê tông có thời gian dưỡng hộ ngắn như thế này để tiến hành phân
tích. Ví dụ trong một khối đàn hồi hồi dạng bản (bê tông) phát sinh bậc thang
nhiệt độ, nếu như hình dáng phân bố của nhiệt độ là đối xứng với trung tâm hình
parabôn thì ứng suất nhiệt có thể dùng công thức sau đây để biểu thị:


1
Ec(F (trung tâm)
3



2
EcF (bề mặt)
3

Trong đó:
Ec, , giống như trước, F biểu thị chênh lệch nhiệt độ ở bề mặt và trung
tâm.
Hình 2-4 biểu thị dọc theo mặt cắt hướng thượng hạ lưu, chiều dài tầng
30m, chiều cao tầng đổ bêtông 1,5 m, quá trình thay đổi nhiệt độ và ứng suất
nhiệt độ tương ứng của nó trong tầng không tiến hành làm lạnh trước và thời
gian ngừng đổ là 5 ngày. Vì thời gian ngừng là 5 ngày, vì thế trong bản vẽ thể
hiện quá trình thay đổi của ứng suất nhiệt và quá trình thay đổi nhiệt cho đến khi
ở trên đổ được tầng mới. Từ kết quả phân tích cho thấy:
(1) Do có sự ràng buộc bên trong (bậc thang nhiệt độ) mà sinh ra ứng suất
nhiệt ở bề mặt, biểu hiện là ứng suất kéo, ở bên trong tầng biểu hiện là ứng suất
nén. Ứng suất nhiệt này cùng với ứng suất nén của nhiệt độ ràng buộc ở bên
ngoài, tuỳ theo nhiệt độ bình quân của tầng đổ bê tông thay đổi mà kết hợp với
nhau, kết quả là chịu sự tác động của ứng suất nén của nhiệt độ.

(2) Nếu trên mặt tầng đổ lên 1 tầng nữa, thì sẽ chịu ảnh hưởng toả nhiệt
của nó. Khi phần trên của tầng này sinh ra nhiệt độ tăng lên tương đối lớn thì kết
quả là ứng suất nén của nó tăng lên, phần dưới của tầng thì ứng suất nhiệt lại
thay đổi ít.
(3) Xét đến khi nhiệt độ không khí bên ngoài thay đổi, do ứng suất nén
của bề mặt tầng bê tông cơ bản gần bằng 0, vì thế rất có khả năng xuất hiện ứng
suất kéo nhiệt độ mà dẫn đến nứt.
12


Hình 2-5 biểu thị khi tiến hành làm lạnh trước (giả thiết làm lạnh trước
làm cho nhiệt độ bê tông hạ thấp 10 độ) thời gian nghỉ đổ bê tông là 5 ngày, quá
trình biến đổi ứng suất nhiệt và quá trình biến đổi nhiệt độ, khi trên mặt tầng đã
đổ bê tông có thêm 1 tầng bê tông mới.

Hình 2-4: Quá trình thay đổi nhiệt độ của tầng nói chung và ứng suất (không làm lạnh trước).

13


Hình 2-5: ứng suất và quá trình thay đổi nhiệt độ của tầng nói chung (làm lạnh trước).

Ứng suất nhiệt ràng buộc bên trong của khe thi công nằm ngang: Thông
qua những phân tích ở trên cho thấy, nếu tuân theo tiến trình đổ bê tông thông
thường, thì không nhất thiết trở thành vấn đề. Nhưng gắn với sự thay đổi nhiệt
độ bên ngoài thì có khả năng thành vấn đề. Trong trường hợp này vết nứt sinh ra
biểu hiện thành nứt bề mặt. Loại nứt này tác động đơn độc, tính nguy hại đối với
14

cấu tạo của đập và tính năng của nó tương đối nhỏ. Nhưng loại vết nứt này luôn
luôn xuất hiện, thường thường trở thành sự khởi đầu dẫn đến vết nứt ràng buộc
bên ngoài.
Ngoài ra ảnh hưởng đối với chiều dài của khối bê tông về cơ bản không
cần xem xét mà chỉ xem xét đến sự ràng buộc có khác nhau chút ít ở đầu cuối.
Để đề phòng sự ràng buộc bên trong dẫn đến nứt, phải làm cho bậc thang
nhiệt độ thay đổi không nhanh quá, do đó phương pháp khống chế nhiệt độ được
quy nạp như sau:
(1) Thời gian nghỉ bêtông giữa các tầng phải giữ như nhau, trước sau phải
theo một tốc độ như nhau để đổ bêtông hơn nữa đối với bề mặt tầng đặc biệt
phải tránh bộc lộ thời gian dài ra ngoài không khí để đề phòng phát sinh bậc
thang nhiệt độ quá lớn.
(2) Tiến hành làm lạnh trước đối với cốt liệu
Khi không tiến hành làm lạnh trước, ứng suất nén ở phụ cận mặt tầng về
cơ bản xấp chỉ "0". Khi nhiệt độ bên ngoài hạ thấp đột ngột, làm cho có khả
năng xuất hiện vết nứt. Khi tiến hánh làm lạnh trước nhìn tổng thể có thể giảm
bớt bậc thang nhiệt độ đồng thời có thể làm cho nhiệt độ bình quân tăng lên, dẫn
đến ứng suất nhiệt thay đổi theo hướng ứng suất nén.
2.2.2. Mặt đập thượng hạ lưu phát sinh ứng suất nhiệt rằng buộc bên trong.

Trong kỳ lạnh giá thứ nhất sau khi đổ bêtông, chênh lệch nhiệt độ ở phụ
cận bề mặt và bên trong thân đập là rất lớn, đặc biệt là những tầng bê tông đổ
vào mùa hạ lại càng nổi bật. Đối với tình hình này, đập Đảo Địa Xuyên giả thiết
biến dạng theo mặt phẳng, ứng suất hướng trục đập trên các mặt phẳng dùng
phương pháp phần từ hữu hạn để tính toán, tính được ứng suất kéo lớn nhát bề
mặt là 33Kgf/cm2. Trị số tính toán này theo phương pháp đàn hồi để tính toán,
và giả định trạng thái nhiệt độ phát sinh thay đổi tức thời, tính chính xác của nó
cần phải nghiên cứu sâu hơn. Nhưng có thể dự đoán mặt đập thượng lưu và hạ
lưu, bất luận thế nào cũng phát sinh ứng suất kéo tương đối lớn.
Cần phải đặc biệt chú ý, dù cho trải qua thời gian dưỡng hộ tương đối dài

(tích trữ) sẵn có một cường độ tương đối cao, nhưng lại bộc lộ ở trường hợp.
Từ kết quả phân tích cho thấy:

15


(1) Bậc thang nhiệt độ tiến hành làm lạnh trước nhỏ hơn so với bậc thang
nhiệt độ không thực hiện làm lạnh trước, lại do tuỳ theo nhiệt độ bình quân của
tầng lên, ứng suất nén nhiệt ràng buộc bên ngoài lớn cho nên so sánh với ứng
suất nhiệt tiến hành làm lạnh trước xem theo tổng thể ứng suất nhiệt thay đổi
theo phương thức ứng suất nén.
(2) Nếu trên mặt tầng bê tông để lên 1 tầng nữa, thì phải chịu ảnh hưởng
toả nhiệt của nó, trên tầng này phát sinh nhiệt độ lên cao ứng suất nén nhiệt độ
cũng tăng lên nhưng ứng suất nhiệt độ phần dưới của tầng lại thay đổi ít.
(3) Khi xét đến sự thay đổi nhiệt độ không khí bên ngoài, mặt tầng cũng
có khả năng xuất hiện tác động của ứng suất kéo nhưng khả năng thì ít hơn so
với điều kiện bất lợi. Từ điểm này mà xét, gần đây ở Mỹ và một số nơi khác
dùng vật liệu cách nhiệt, để bảo hộ bề mặt cũng là một việc dễ hiểu.
Thông qua những điều nói ở trên, có thể biết trong phương pháp thi công
đập bê tông đầm lăn, những yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất nhiệt gồm:
- Chiều dài và chiều dày khối đổ bê tông
- Thời gian đổ ngắt quãng
- Nhân công làm lạnh trước.
Biện pháp khống chế nhiệt độ để đề phòng do ràng buộc bên ngoài mà
dẫn đến vết nứt gồm:
(1) Lượng thay đổi nhiệt độ của bê tông nén hết sức nhỏ. Vì thế trong giới
hạn thích đáng cần phải tăng thời gian ngắt quãng đổ bê tông, khi cần thiết tiến
hành làm lạnh trước.
(2) Sự ràng buộc bên ngoài phải hết sức nhỏ, vì thế phải tăng tỷ lệ H/L,
muốn thế phải thu hẹp chiều dài khối đổ.

(3) Sau khi bê tông đổ đến một độ rất cao, cần phải làm cho nhiệt độ hạ
xuống, tốc độ hạ xuống của nhiệt độ cao nhất phải nhỏ. Biện pháp khống chế
nhiệt độ, do đề phòng sự ràng buộc của bên trong dẫn đến khe nứt gồm:
1- Rút nhỏ bậc thang nhiệt độ trong bê tông, vì thế sử dụng thời gian đổ
cách quãng thích đáng phải tiến hành đổ bê tông với một tốc độ như nhau. Gián
đoạn đổ bê tông trong thời gian dài, có thể tạo thành trên tầng thứ nhất phát sinh

16


bậc thang nhiệt độ hoặc ứng suất kéo vì thế nhất định phải hết sức tránh trường
hợp này.
2. Sau khi vừa đổ xong bê tông của khe thi công nằm ngang, áp lực nhiệt
ràng buộc bên ngoài, do có tác dụng triệt tiêu sự ràng buộc bên trong nên dẫn
đến ứng suất kéo.
Nếu thực hiện làm lạnh trước thì hiệu quả này rất lớn.
3- Để đề phòng ở mặt đập thượng lưu và hạ lưu phát sinh khe nứt, trên bề
mặt dùng loại vật liệu cách nhiệt thích hợp để bảo hộ là có hiệu quả.
4- Khi nhiệt độ hàng ngày có thay đổi lớn, phụ cận bề mặt, khe thi công
nằm ngang, có nguy cơ sinh ra khe nứt, vì thế cần phải dưỡng hộ một cách đầy
đủ và căn cứ vào tình hình mà tiến hành bảo hộ cách nhiệt.
5- Trong trường hợp mặt phẳng nằm ngang có diện tích lớn như tấm bản
đáy lộ ra ngoài khi chịu ảnh hưởng rất lớn nhiệt độ khí hậu bê ngoài thì phải tiến
hành khống chế nhiệt độ hết sức cẩn thận.
Khi thi công bê tông đầm lăn, ràng buộc bên ngoài có những đặc điểm sau
đây:
1. Về vấn đề ràng buộc bên ngoài dẫn đến khe nứt:
Có thể cho rằng ảnh hưởng do không bố trí khe dọc mà hình thành khối
đổ dài và không dùng hệ thống làm lạnh sẽ tạo thành nhiệt độ cao nhất tăng lên.
Nhưng dùng thời gian đổ bêtông cách nhau thích đáng, về cơ bản có thể đạt

được hiệu quả mong muốn, khi có yêu cầu đặc biệt, có thể tiến hành làm lạnh
trước. Ngược lại có thể tránh được ảnh hưởng không tốt của nhiệt độ hạ xuống
quá nhanh do ống nước làm lạnh trong thời gian quá dài.
2. Về vấn đề ràng buộc bên trong dẫn đến khe nứt
Ở trên mặt khe ngang và mặt đập thượng hạ lưu về cơ bản là không có
vấn đề. Đối với mặt khe thi công nằm ngang, cái quan trọng nhất là quyết định
thời gian ngừng đổ bêtông thích đáng, ở điểm này mà xét đối với đập bê tông
đầm lăn là có lợi.

17


2.3. Khống chế nhiệt độ ở đập bêtông đầm lăn
Để đề phòng trong bêtông thân đập do ứng suất nhiệt dẫn đến nứt, ta áp
dụng những biện pháp quản lý nhiệt độ đó gọi là khống chế nhiệt độ. Trong đập
bê tông đầm lăn, phương pháp khống chế nhiệt độ có mấy loại sau đây:
(1) Trong bêtông thân đập bố trí khe co dãn ngang với khoảng cách thích
đáng để đề phòng giữa các khe co dãn, bê tông phát sinh khe nứt. Do khoan phụt
ở nối khe, ở các khe dọc, không thể khoan phục một cách triệt để, ảnh hưởng
đến tính hoàn chỉnh của thân đập và ảnh hưởng đến hiệu quả của đầm lăn, nên
không bố trí khe dọc.
(2) Trong giới hạn thoả mãn yêu cầu các mặt khác, dùng loại bê tông
(nghèo) ít chất kết dính, để cố gắng khống chế lượng sử dụng ciment nhỏ nhất,
dùng loại Ciment lượng phát toả nhiệt ít hoặc tốc độ toả nhiệt chậm, dùng các
loại chất độn như tro bay.v.v.. để thay một phần ciment.
(3) Tiến hành đổ bêtông tầng mỏng: Trước khi đổ bêtông tầng trên phải
ngừng một số ngày thích đáng, để trong thời gian đó thực hiện toả nhiệt tự nhiên
từ trên bề mặt mà không cần dùng đến ống nước làm lạnh.
(4) Khi sắp xếp kế hoạch tiến độ đổ bê tông phần bêtông ở bộ phận phía
dưới đập có chiều rộng lớn và phụ cận mặt tiếp giáp nền đá chịu sự ràng buộc

tương đối lớn, nên tiến hành đổ bêtông vào thời gian nhiệt độ bên ngoài tương
đối thấp.
(5) Khi cần thiết, dùng phương pháp thích đáng để làm lạnh trước cho
một bộ phận hoặc toàn bộ vật liệu, để hạ thấp nhiệt độ khi đổ bêtông và hạ thấp
nhiệt độ cao nhất của bêtông. Biện pháp làm lạnh trước so với biện pháp dùng
ống nước để làm lạnh giảm đi được 50% chi phí.
(6) Trong bêtông, khi thời gian gián đoạn đổ bêtông tương đối dài, bề mặt
tầng đổ bêtông phải phủ một lớp màng mỏng bảo ôn để đề phòng bêtông ở phụ
cầu bề mặt lạnh quá.
(7) Dùng biện pháp phun nước làm ẩm ướt để dưỡng hộ.
Những phương pháp này nói chung không dùng một cách đơn độc, mà
phối hợp mấy biện pháp cùng sử dụng một lúc. Nếu lấy việc tính hiệu quả của
các phương pháp khống chế nhiệt độ này đối với ràng buộc nội bộ và ứng suất
ràng buộc bên ngoài để phân thì đại thể như sau:
18


- Phương pháp đối với ứng suất ràng buộc bên trong có hiệu quả là (2);
(3); (5); (6); (7).
- Phương pháp đối với ứng suất ràng buộc bên ngoài có hiệu quả là (1);
(2); (3); (4); (5).
Ứng suất nhiệt trong bê tông khi dùng phương pháp thi công bê tông kiểu
đầm lăn và phương pháp thi công kiểu chia khối, có những điểm khác nhau như
sau:
(1) Về vấn đề ràng buộc bên ngoài. Khối đổ càng dài, độ ràng buộc có khả
năng trở thành lớn, do không dùng ống nước làm lạnh, dẫn đến nhiệt độ cao nhất
của bê tông lên cao; cũng do không sử dụng ống nước làm lạnh nhiệt độ hạ
xuống rất chậm có khả năng độ ràng buộc trở thành nhỏ, do dùng loại bê tông
(nghèo) ít chất kết dính có khả năng làm cho nhiệt độ cao nhất của bô tông hạ
thấp.

(2) Về vấn đề ràng buộc bên tỏng. Đề cập đến mặt tiếp giáp đổ bêtông,
nếu chiều dài khối đổ mà dài thì độ ràng buộc có khả năng trở thành lớn; nếu
mặt đập thượng lưu về cơ bản không có thay đổi, mặt khe ngang do không bộ lộ
ra ngoài thì đối với phương pháp thi công bêtông đầm lăn trên nguyên tắc là
không phát sinh ràng buộc.
Từ đó có thể thấy, phương pháp thi công bêtông đầm lăn không giống với
phương pháp chia khối đổ bê tông như trước đây, vì thế cần phải có sự coi trọng
đối với vấn đề ứng suất nhiệt độ trong phương pháp thi công đầm lăn.
2.4. Phân tích quá trình (biến hoá) thay đổi nhiệt độ
Giả thiết 2 mặt song song cách nhau L, nhiệt độ phân biệt là F1, F2. Diện
tích mặt cắt là A, qua một thời gian là t tổng nhiệt lượng chuyển từ mặt có nhiệt
độ cao xuống mặt có nhiệt độ thấp ta dùng công thức sau đây để biểu thị:
QR

1   2
At
L

(6-4)

Trong đó:
R gọi là hệ số truyền nhiệt
Sau đây chúng ta nghiên cứu vật cứng có thể tích là V1, mật độ P, nhiệt
độ F. Giả thiết trong vật cứng này phát sinh hoặc truyền vào một nhiệt lượng
19


bằng Q, nhiệt độ của vật cứng tăng dần đều đến F', lượng nhiệt độ tăng lên có
thể dùng công thức dưới đây để tính toán:
'   

Q
PCV

(6-5)

Trong đó: C là tỷ lệ nhiệt
Bây giờ dùng phương trình vi phân để biểu đạt công thức trên, ta có công
thức dưới đây, công thức này là công thức cơ bản để tính toán truyền nhiệt.
 R   2   2   2   Qc

 


t Pc  X 2 Y 2 Z 2  Pc

(6-6)

Trong đó Qc là lượng toả nhiệt của đơn vị thể tích, ở đây

R
là hệ số toả
Pc

nhiệt.
Trước đây khi tính toán quá trình biến hoá nhiệt độ, phần nhiều dùng
phương pháp Carlson. Phương pháp này về số học là phương pháp sai phân bậc
một, phương pháp này thuộc về phương pháp tính gần đúng, vì thế có những
điều kiện yêu cầu nhất định. Nhưng phương pháp tính toán của nó giản đơn, tiện
lợi, nói chung độ chính xác đáp ứng yêu cầu thực tế. Khi dùng phương pháp

Carlson vào đổ bêtông thân đập, nếu lưu ý đến sự liên kết chặt chẽ giữa các khối
đổ bê tông, ở trên tầng đổ bê tông ít, nhiệt độ truyền theo hướng thẳng đứng, nếu
lưu ý đến trên khối đổ bêtông, phủ một tầng rất dáy truyền nhiệt theo hướng
thẳng đứng, nếu lưu ý đến trên khối đổ bê tông, phủ một tầng rất dày truyền
nhiệt theo hướng ngang chiếm vị trí chủ đạo thì phương pháp Carlson thích ứng
với hướng ngang.
Khi tiến hành tính toán vùng nhiệt độ càng chặt chẽ, hoặc khi tính toán
ứng suất nhiệt độ, thì lợi dụng phương pháp phân tử hữu hạn là tương đối thuận
tiện.
Loại phương pháp này là công thức cơ bản dùng nguyên lý biến phân để
biểu đạt truyền dẫn nhiệt, chia khối đổ bê tông thành những nguyên tố thích
đáng để tiến hành tính toán. Trên phương diện tính ứng suất nhiệt phụ cận bề
mặt có thể nói là đặc biệt có hiệu quả.

20


2.4.1. Những giả định khi dùng phương pháp Carlson để tính toán, phân tích mô
hình:

(1) Giả thuyết chiều dài theo hướng thượng hạ lưu của khối đổ để tính
toán rất dài, nhiệt truyền dẫn theo hướng trục đập và truyền nhiệt giữa các khối
đổ kề nhau vì thế nhiệt truyền dẫn giả thiết chỉ ở trên hướng thẳng đứng.
(2) Giả thiết: Bêtông trong mỗi tầng đổ cùng một lúc và nhiệt độ đổ bê
tông trong mỗi tầng là như nhau, không dùng phương pháp làm lạnh trước, cùng
với nhiệt độ không khí ở bên ngoài như nhau.
(3) Giả định nhiệt độ không khí bên ngoài cố định không thay đổi.
(4) Giả định chỉ tiêu tính chất vật lý của nền đá và bêtông như sau:
Nhiệt độ của bê tông tăng lên: F = 20 (1-e-0,25t)deg
Dung trọng của bê tông: Pc = 2,5 t/m3

Tỉ nhiệt của bê tông: Cc = 240 Kcal/t.deg
Hệ số dẫn nhiệt của bê tông Rc = 48 Kcal/m ngày deg
Dung trọng của đá PR = 2,5 t/m3
Tỉ nhiệt của đá CR = 240 Kcal/m deg
Hệ số dẫn nhiệt của đá: KR = 48 KCal/m ngày deg
Hệ số làm lạnh, f = 1,5m
Hệ số dẫn nhiệt bề mặt tầng đổ bê tông nói chung không xét đến.

21


Hình 2- 6: Tốc độ bê tông nhất định, quá trình thay đổi nhiệt độ bình quân tầng đổ bê tông
nói chung

2.4.2. Chiều dày tầng đổ bê tông và biến hoá của nhiệt độ

Tốc độ đổ bêtông tính là 30cm/ngày

22


Quá trình thay đổi nhiệt độ bình quân của các tầng, đối với các trường
hợp độ dày tầng đổ bêtông không giống nhau ta chia ra hai trường hợp để phân
tích: Trường hợp tiến hành làm lạnh trước và trường hợp không làm lạnh trước.
Kết quả của nó thể hiện ở bản vẽ 6-6. Từ những kết quả này ta có kết luận
sau đây:
(1) Đối với các loại chiều dày đổ bêtông, ngoài tầng đổ bêtông vùng
chung quanh nền đá, nói chung sự biến hoá nhiệt độ trong tầng bất luận chiều
dày như thế nào đều là giống nhau, tầng đổ bêtông chịu ảnh hưởng của nền đá,
hạn chế trong độ cao 3 - 4m tính từ nền đá.

23