NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM ỨNG SUẤT NHIỆT CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THỦY ĐIỆN TẠI VIỆT NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

NGUYỄN MINH VIỆT

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM ỨNG SUẤT NHIỆT
CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI THỦY ĐIỆN TẠI VIỆT NAM

(Chỉnh sửa sau phản biện kín)

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

NGUYỄN MINH VIỆT

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM ỨNG SUẤT NHIỆT
CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI THỦY ĐIỆN TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành:

Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số:

62.58.02.02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS.TS. Hoàng Phó Uyên
2. GS.TS. Phạm Ngọc Khánh

HÀ NỘI, NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Nguyễn Minh Việt

i


LỜI CÁM ƠN
Sau thời gian thực hiện, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của
các Thầy và các bạn bè đồng nghiệp, Luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu giải pháp giảm
ứng suất nhiệt của bê tông đầm lăn trong xây dựng công trình thủy lợi thủy điện tại
Việt Nam” đã hoàn thành.
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến Ban Giám đốc, Trung tâm đào tạo và Hợp tác

quốc tế, Ban TCHC Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam đã giúp đỡ tạo điều kiện tốt
nhất cho NCS trong thời gian thực hiện Luận án.
Xin đặc biệt cám ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS. Hoàng Phó Uyên,
GS.TS. Phạm Ngọc Khánh. Các Thầy đã tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong quá
trình học tập và hoàn thành Luận án.
Tác giả chân thành cám ơn các đồng nghiệp và bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều
kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện Luận án.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, chắc chắn Luận án không tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả kính mong các Thầy Cô chỉ bảo, các đồng nghiệp đóng góp ý kiến để
tác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tài.
Hà Nội, ngày

tháng 06 năm 2017

Tác giả luận án

Nguyễn Minh Việt

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ xii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...........................................................................xiv
MỞ ĐẦU......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ..............................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................2
3. Đối tượng nghiên cứu ..............................................................................................2
4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................2

5. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................2
5.1. Phương pháp lý thuyết ......................................................................................2
5.2. Phương pháp mô hình toán ...............................................................................2
6. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................2
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án ....................................................3
7.1. Ý nghĩa khoa học ..............................................................................................3
7.2. Ý nghĩa thực tiễn ..............................................................................................3
8. Cấu trúc của luận án ................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ
CẦN NGHIÊN CỨU ..................................................................................................... 4
1.1. Bê tông đầm lăn ....................................................................................................4
1.2. Tính năng cơ học của BTĐL ................................................................................4
1.2.1. Cường độ kháng nén của BTĐL ...................................................................4
1.2.2. Cường độ kháng kéo của BTĐL ...................................................................5
1.2.3. Mô đun đàn hồi của BTĐL............................................................................5
1.2.4. Biến dạng của BTĐL .....................................................................................6
1.2.4.1. Từ biến của BTĐL..................................................................................6
1.2.4.2. Co ngót của BTĐL .................................................................................7
1.2.4.3. Giá trị kéo dãn giới hạn của BTĐL ........................................................7
1.2.5. Tính năng cơ học của BTĐL theo thời gian ..................................................8
1.3. Tình hình xây dựng đập BTĐL trên thế giới và tại Việt Nam .............................9
1.3.1. Tình hình xây dựng đập BTĐL trên thế giới .................................................9
1.3.2. Tình hình xây dựng đập BTĐL tại Việt Nam .............................................11
iii


1.4. Tình hình nghiên cứu nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTĐL ..................................13
1.4.1. Tình hình nghiên cứu nhiệt và ứng suất nhiệt BTĐL trên thế giới .............13
1.4.2. Tình hình nghiên cứu nhiệt và ứng suất nhiệt BTĐL tại Việt Nam ............13
1.5. Vấn đề nứt do nhiệt đối với đập BTĐL ..............................................................16

1.6. Vấn đề cần nghiên cứu đặt ra đối với luận án ....................................................17
1.7. Kết luận chương 1 ..............................................................................................17
CHƯƠNG 2. NHIỆT VÀ KHỐNG CHẾ ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG ĐẬP BÊ
TÔNG ĐẦM LĂN ....................................................................................................... 18
2.1. Đặt vấn đề ...........................................................................................................18
2.2. Nguồn phát sinh nhiệt trong BTĐL ....................................................................18
2.3. Vấn đề trao đổi nhiệt đối với BTĐL ..................................................................19
2.3.1. Trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt ......................................................................19
2.3.2. Trao đổi nhiệt đối lưu ..................................................................................21
2.3.3. Trao đổi nhiệt bức xạ ...................................................................................22
2.4. Cơ chế nứt do nhiệt trong bê tông khối lớn ........................................................23
2.4.1. Nứt bề mặt ...................................................................................................23
2.4.2. Nứt xuyên ....................................................................................................24
2.5. Yêu cầu khống chế nhiệt cho đập BTĐL ...........................................................24
2.5.1. Chênh lệch nhiệt độ tại đáy đập ..................................................................25
2.5.2. Chênh lệch nhiệt độ lớp trên và dưới ..........................................................26
2.5.3. Chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài .............................................................28
2.5.3.1. Ảnh hưởng của chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài .............................28
2.5.3.2. Thực tế khống chế chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài ........................29
2.6. Phương pháp giải bài toán nhiệt .........................................................................30
2.6.1. Các phương pháp giải bài toán nhiệt ...........................................................30
2.6.1.1. Phương pháp giải tích ...........................................................................30
2.6.1.2. Phương pháp toán tử.............................................................................31
2.6.1.3. Phương pháp gần đúng .........................................................................31
2.6.1.4. Lựa chọn phương pháp giải bài toán nhiệt ...........................................33
2.6.2. Cơ sở tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt theo phương pháp phần tử hữu hạn
...............................................................................................................................33
2.6.2.1. Các giả thiết ..........................................................................................33
iv

2.6.2.2. Xác định trường nhiệt độ ......................................................................34
2.6.2.3. Xác định trường ứng suất .....................................................................36
2.7. Kết luận chương 2 ..............................................................................................42
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 ............................................................................................................... 43
3.1. Đặt vấn đề ...........................................................................................................43
3.2. Tính toán nhiệt thủy hóa của vật liệu chất kết dính BTĐL ................................43
3.3. Tính nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTĐL trong quá trình thi công bằng ngôn ngữ
lập trình tham số (APDL) trong ANSYS ..................................................................46
3.3.1. Giới thiệu về phần mềm ANSYS ................................................................46
3.3.2. Giải bài toán bằng phần mềm ANSYS ........................................................47
3.3.3. Công năng phân tích nhiệt bằng phần mềm ANSYS ..................................48
3.3.4. Cơ sở xây dựng bài toán tính nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTĐL ...............49
3.3.5. Sơ đồ khối tính nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTTL .....................................50
3.3.6. Xây dựng bài toán tính nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTTL .........................50
3.3.6.1. Mô tả kết cấu đập .................................................................................50
3.3.6.2. Mô hình hóa kết cấu đập BTĐL ...........................................................51
3.3.6.3. Xây dựng bài toán tính nhiệt và ứng suất nhiệt trong đập trọng lực
BTĐL .................................................................................................................51
3.4. Kiểm nghiệm tính toán nhiệt cho đập BTĐL Sơn La ........................................52
3.4.1. Giới thiệu công trình ...................................................................................52
3.4.2. Các chỉ tiêu cơ lý và nhiệt của bê tông và đá nền .......................................53
3.4.3. Các điều kiện biên về nhiệt .........................................................................54
3.4.4. Tiến độ thi công ...........................................................................................55
3.4.5. Kết quả quan trắc nhiệt trong thân đập BTĐL Sơn La ...............................57
3.4.6. Mặt cắt kiểm tra ...........................................................................................57
3.4.7. Mô hình tính toán ........................................................................................58
3.4.8. Kết quả tính toán .........................................................................................60

3.4.9. Nhận xét.......................................................................................................62
3.5. Kết luận Chương 3 .............................................................................................63

v


CHƯƠNG 4. BIỆN PHÁP GIẢM NHIỆT VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT ĐẬP BÊ
TÔNG ĐẦM LĂN PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM ................................ 64
4.1. Đặt vấn đề ...........................................................................................................64
4.2. Cơ sở phân vùng nghiên cứu ..............................................................................65
4.2.1. Điều kiện tự nhiên .......................................................................................65
4.2.2. Điều kiện nhiệt độ và độ ẩm môi trường .....................................................65
4.2.3. Điều kiện nguồn cung ứng vật liệu PGK ....................................................68
4.2.4. Phân vùng nghiên cứu .................................................................................69
4.3. Các tham số cơ bản dùng cho nghiên cứu ..........................................................69
4.3.1. Các tham số đầu vào cố định .......................................................................69
4.3.2. Tham số khống chế nứt ...............................................................................71
4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến ứng suất nhiệt đập BTĐL .71
4.4.1. Cơ sở nghiên cứu .........................................................................................71
4.4.2. Khi nhiệt độ không khí xem là nhiệt độ trung bình năm.............................71
4.4.3. Khi nhiệt độ không khí thay đổi theo thời gian (ngày) ...............................72
4.4.4. Nhận xét.......................................................................................................73
4.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến ứng suất nhiệt đập BTĐL ....73
4.5.1. Cơ sở nghiên cứu .........................................................................................73
4.5.2. Kết quả tính toán .........................................................................................74
4.5.3. Nhận xét.......................................................................................................75
4.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần khoáng của vật liệu XM đến ứng suất
nhiệt đập BTĐL .........................................................................................................75
4.6.1. Cơ sở nghiên cứu .........................................................................................75
4.6.2. Kết quả tính toán .........................................................................................76

4.6.3. Nhận xét.......................................................................................................81
4.7. Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đổ bê tông đến ứng suất nhiệt đập BTĐL.......82
4.7.1. Cơ sở nghiên cứu .........................................................................................82
4.7.2. Kết quả tính toán .........................................................................................83
4.7.3. Nhận xét.......................................................................................................87
4.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến ứng suất nhiệt đập BTĐL .....88
4.8.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến nhiệt và ứng suất nhiệt
thân đập BTĐL ......................................................................................................88
vi


4.8.2. Kiến nghị hàm lượng PGK trên tổng lượng chất kết dính cho từng khu vực
...............................................................................................................................90
4.8.3. Nhận xét.......................................................................................................92
4.9. Đề xuất giải pháp giảm ứng suất nhiệt BTĐL hợp lý cho từng khu vực ...........93
4.9.1. Cơ sở đề xuất giải pháp hợp lý ....................................................................93
4.9.2. Đề xuất giải pháp giảm ứng suất nhiệt hợp lý cho từng khu vực ................94
4.9.2.1. Đối với khu vực miền núi phía Bắc......................................................94
4.9.2.2. Đối với khu vực Bắc Trung bộ .............................................................95
4.9.2.3. Đối với khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên..................................96
4.10. Kiểm nghiệm tính toán ứng suất nhiệt đập BTĐL Trung Sơn – Thanh Hóa ...98
4.10.1. Giới thiệu công trình .................................................................................98
4.10.1.1. Giới thiệu công trình ..........................................................................98
4.10.1.2. Các chỉ tiêu cơ lý và nhiệt của bê tông và đá nền ..............................99
4.10.1.3. Các điều kiện biên về nhiệt ..............................................................100
4.10.1.4. Mặt cắt kiểm tra ................................................................................101
4.10.2. Kết quả quan trắc nhiệt ............................................................................102
4.10.3. Tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt đập .....................................................104
4.10.3.1. Mô hình tính toán .............................................................................104
4.10.3.2. Kết quả tính toán ..............................................................................105

4.10.3.3. Nhận xét............................................................................................106
4.10.4. Giải pháp giảm ứng suất nhiệt đập BTĐL Trung Sơn ............................107
4.11. Kết luận chương 4 ..........................................................................................108
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 111
1. Kết luận................................................................................................................111
2. Những đóng góp mới của Luận án ......................................................................112
3. Kiến nghị .............................................................................................................112
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ......................................................... 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 114
PHỤ LỤC I: BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN
KHOÁNG CỦA MỘT SỐ LOẠI XI MĂNG ĐIỂN HÌNH ................................... 119
PHỤ LỤC II: CÁC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT - ỨNG SUẤT
NHIỆT ........................................................................................................................ 121

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Đập BTĐL được xây dựng trên thế giới tính đến năm 2009 [50] ................11
Hình 2.1. Ứng suất nhiệt tại bề mặt khối bê tông ..........................................................23
Hình 2.2. Biến dạng do nhiệt độ & ứng suất do nền kiềm chế của khối bê tông ..........24
Hình 2.3. Chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài khối đập ................................................28
Hình 2.4. Các phương pháp chính để giải bài toán nhiệt ..............................................30
Hình 2.5. Phần tử phẳng sử dụng trong tính toán nhiệt .................................................34
Hình 2.6. Phần tử và chuyển vị nút của phần tử tứ giác và tam giác ............................38
Hình 3.1. Hệ số ảnh hưởng của hàm lượng C3A + C3S đến nhiệt thủy hóa của XM ....46
Hình 3.2. Phần tử sử dụng cho phân tích nhiệt - ứng suất (PLANE55 – PLANE182) .48
Hình 3. 3. Điều kiện biên nhiệt......................................................................................49
Hình 3.4. Sơ đồ khối tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTĐL ...............................50
Hình 3.5. Mặt cắt ngang đập trọng lực BTĐL ..............................................................51

Hình 3. 6. Sự phát triển cường độ kháng nén, kéo theo thời gian của BTĐL Sơn La ..53
Hình 3. 7. Sự phát triển mô đun đàn hồi theo thời gian của BTĐL Sơn La..................53
Hình 3.8. Tiến độ thi công đập ......................................................................................56
Hình 3.9. Nhiệt độ quan trắc tại cao trình +114,0 m .....................................................57
Hình 3.10. Mặt cắt tính toán ..........................................................................................58
Hình 3.11. Mô hình hình học đập và nền ......................................................................59
Hình 3.12. Mô hình PTHH đập làm việc đồng thời với nền .........................................59
Hình 3.13. Trường nhiệt độ lớn nhất trong thân đập .....................................................60
Hình 3.14. Diễn biến nhiệt độ tại cao trình +114,0 m theo thời gian ............................61
Hình 3.15. Trường ứng suất chính lớn nhất trong thân đập ..........................................61
Hình 3.16. Ứng suất chính lớn nhất tại mặt thượng và hạ lưu đập ...............................62
Hình 3.17. So sánh nhiệt độ tính toán và thực đo tại cao trình +114,0 m .....................62
Hình 4.1. Các đập lớn đã, đang và sẽ xây dựng ở Việt Nam ........................................65
Hình 4.2. Diễn biến nhiệt độ khu vực miền núi phía Bắc .............................................67
Hình 4.3. Diễn biến nhiệt độ khu vực Bắc Trung bộ ....................................................68
Hình 4.4. Diễn biến nhiệt độ khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên .........................68
Hình 4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến nhiệt độ tại biên khối đổ ................71
viii


Hình 4.6. Ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến tỏa nhiệt đối lưu bê tông - không khí 74
Hình 4. 7. Ảnh hưởng của thành phần khoáng XM đến nhiệt thủy hóa BTĐL ............76
Hình 4.8. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM và nhiệt độ lớn
nhất trong thân đập ........................................................................................................77
Hình 4.9. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM với ứng suất
chính lớn nhất tại mép biên thượng lưu đập tại các cao độ so với đáy đập ..................77
Hình 4.10. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM với ứng suất
chính lớn nhất tại mép biên hạ lưu đập tại các cao độ so với đáy đập ..........................78
Hình 4.11. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM và nhiệt độ
lớn nhất trong thân đập ..................................................................................................79

Hình 4.12. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM với ứng suất
chính lớn nhất tại mép biên thượng lưu đập tại các cao độ so với đáy đập ..................79
Hình 4. 13. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM với ứng suất
chính lớn nhất tại mép biên hạ lưu đập tại các cao độ so với đáy đập ..........................80
Hình 4.14. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM và nhiệt độ
lớn nhất trong thân đập ..................................................................................................80
Hình 4.15. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM với ứng suất
chính lớn nhất tại mép biên thượng lưu đập tại các cao độ so với đáy đập ..................81
Hình 4.16. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM với ứng suất
chính lớn nhất tại mép biên hạ lưu đập tại các cao độ so với đáy đập ..........................81
Hình 4. 17. Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu của bê tông Tp tại khối đổ đến nhiệt thủy
hóa BTĐL ......................................................................................................................82
Hình 4.18. Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ đổ bê tông và nhiệt độ lớn nhất trong thân
đập .................................................................................................................................83
Hình 4.19. Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ đổ bê tông với ứng suất chính lớn nhất tại
mép biên thượng lưu đập tại các cao độ so với đáy đập................................................84
Hình 4.20. Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ đổ bê tông với ứng suất chính lớn nhất tại
mép biên hạ lưu đập tại các cao độ so với đáy đập .......................................................84
Hình 4.21. Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ đổ bê tông và nhiệt độ lớn nhất trong thân
đập .................................................................................................................................85

ix


Hình 4.22. Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ đổ bê tông với ứng suất chính lớn nhất tại
mép biên thượng lưu đập tại các cao độ so với đáy đập................................................85
Hình 4.23. Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ đổ bê tông với ứng suất chính lớn nhất tại
mép biên hạ lưu đập tại các cao độ so với đáy đập .......................................................85
Hình 4.24. Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ đổ bê tông và nhiệt độ lớn nhất trong thân
đập .................................................................................................................................86

Hình 4.25. Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ đổ bê tông với ứng suất chính lớn nhất tại
mép biên thượng lưu đập tại các cao độ so với đáy đập................................................87
Hình 4.26. Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ đổ bê tông với ứng suất chính lớn nhất tại
mép biên hạ lưu đập tại các cao độ so với đáy đập .......................................................87
Hình 4.27. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng PGK với nhiệt độ lớn nhất trong thân đập
.......................................................................................................................................89
Hình 4.28. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng PGK với ứng suất chính lớn nhất tại mép
biên thượng lưu đập tại các cao độ so với đáy đập .......................................................89
Hình 4.29. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng PGK với ứng suất chính lớn nhất tại mép
biên hạ lưu đập tại các cao độ so với đáy đập ...............................................................90
Hình 4.30. Kiến nghị hàm lượng PGK khu vực miền núi phía Bắc dựa trên khống chế
cường độ kháng kéo của BTĐL ....................................................................................91
Hình 4.31. Kiến nghị hàm lượng PGK khu vực Bắc Trung bộ dựa trên khống chế
cường độ kháng kéo của BTĐL ....................................................................................91
Hình 4. 32. Kiến nghị hàm lượng PGK khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên dựa
trên khống chế cường độ kháng kéo của BTĐL ............................................................91
Hình 4.33. Xác định hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM và hàm lượng PGK trên
tổng lượng CKD hợp lý .................................................................................................94
Hình 4.34. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM và hàm lượng
PGK trên tổng lượng CKD với ứng suất chính lớn nhất tại mặt thượng và hạ lưu đập
khu vực miền núi phía Bắc ............................................................................................94
Hình 4.35. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM và hàm lượng
PGK trên tổng lượng CKD với ứng suất chính lớn nhất tại mặt thượng và hạ lưu đập
khu vực Bắc Trung bộ ...................................................................................................95

x


Hình 4.36. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng khoáng C3A + C3S của XM và hàm lượng
PGK trên tổng lượng CKD với ứng suất chính lớn nhất tại mặt thượng và hạ lưu đập

khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên ........................................................................97
Hình 4.37. Đập BTĐL Trung Sơn đang trong quá trình thi công .................................98
Hình 4.38. Sự phát triển cường độ kháng kéo và kháng nén của BTĐL theo thời gian
.......................................................................................................................................99
Hình 4.39. Mặt cắt kiểm tra .........................................................................................102
Hình 4.40. Vị trí quan trắc nhiệt và ứng suất trong thân đập ......................................103
Hình 4.41. Giá trị đo nhiệt độ trong quá trình theo dõi tại vị trí điểm đo PT64 .........104
Hình 4.42. Mô hình hình học đập và nền ....................................................................104
Hình 4.43. Mô hình PTHH đập làm việc đồng thời với nền .......................................105
Hình 4.44. Trường nhiệt độ lớn nhất trong thân đập ...................................................105
Hình 4.45. Trường ứng suất nhiệt trong thân đập .......................................................106
Hình 4.46. Ứng suất chính lớn nhất tại mặt thượng và hạ lưu đập .............................106
Hình 4.47. Trường ứng suất chính lớn nhất trong thân đập với giải pháp kiến nghị ..107
Hình 4.48. Ứng suất chính lớn nhất tại mặt thượng hạ lưu đập với giải pháp kiến nghị
.....................................................................................................................................108

xi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các đập BTĐL đã và đang được xây dựng ở Việt Nam [34] .......................12
Bảng 1.2. Nhiệt độ bê tông tại các khối đổ sử dụng Puzơlan........................................14
Bảng 2. 1. Nhiệt thủy hóa của các thành phần khoáng có trong XM (J/g) ...................19
Bảng 2. 2. Tỉ lệ thành phần khoáng có trong XM thông thường (%) ...........................19
Bảng 2. 3. Chênh lệch nhiệt độ cho phép (oC) ..............................................................25
Bảng 4.1. Bảng đặc trưng độ ẩm tương đối các trạm đại diện cho các vùng (%) .........66
Bảng 4. 2. Thống kê một số công trình ở Việt Nam sử dụng PGK ...............................68
Bảng 4. 3. Các tham số cơ bản dùng trong nghiên cứu .................................................70
Bảng 4. 4. Bảng tổng hợp kết quả tính toán nhiệt độ và ứng suất nhiệt trong thân đập
theo nhiệt độ không khí trung bình năm........................................................................72

Bảng 4. 5. Bảng tổng hợp kết quả tính toán nhiệt độ và ứng suất nhiệt trong thân đập
khi nhiệt độ không khí thay đổi theo ngày ....................................................................72
Bảng 4. 6. Bảng tổng hợp kết quả tính toán nhiệt độ và ứng suất nhiệt trong thân đập
theo độ ẩm không khí thay đổi ......................................................................................74
Bảng 4. 7. Bảng tổng hợp kết quả nhiệt độ và ứng suất trong thân đập khi thay đổi hàm
lượng khoáng C3A + C3S trong XM tại khu vực miền núi phía Bắc ............................76
Bảng 4. 8. Bảng tổng hợp kết quả nhiệt độ và ứng suất trong thân đập khi thay đổi hàm
lượng khoáng C3A + C3S trong XM tại khu vực Bắc Trung bộ ....................................78
Bảng 4. 9. Bảng tổng hợp kết quả nhiệt độ và ứng suất trong thân đập khi thay đổi hàm
lượng khoáng C3A + C3S trong XM tại khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên ........80
Bảng 4. 10. Bảng tổng hợp kết quả nhiệt độ và ứng suất trong thân đập khi thay đổi
nhiệt độ đổ bê tông tại khu vực miền núi phía Bắc .......................................................83
Bảng 4.11. Bảng tổng hợp kết quả nhiệt độ và ứng suất trong thân đập khi thay đổi
nhiệt độ đổ bê tông tại khu vực Bắc Trung bộ ..............................................................84
Bảng 4.12. Bảng tổng hợp kết quả nhiệt độ và ứng suất trong thân đập khi thay đổi
nhiệt độ đổ bê tông tại khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên ...................................86
Bảng 4. 13. Bảng tổng hợp kết quả nhiệt độ và ứng suất trong thân đập ứng với các
hàm lượng PGK khác nhau ...........................................................................................88
Bảng 4. 14. Bảng kiến nghị hàm lượng PGK đối với từng khu vực .............................92

xii


Bảng 4. 15. Bảng kiến nghị giải pháp tổng thể giảm ứng suất nhiệt cho từng vùng để
đảm bảo BTĐL không nứt .............................................................................................96
Bảng 4.16. Các chỉ tiêu về nhiệt của BTĐL đập Trung Sơn .........................................99
Bảng 4.17. Các chỉ tiêu về nhiệt của đá nền ................................................................100
Bảng 4.18. Hệ số truyền nhiệt đối lưu .........................................................................100
Bảng 4.19. Nhiệt độ không khí trung bình tháng tại khu vực thi công công trình ......101
Bảng 4.20. Nhiệt độ ban đầu của môi trường ..............................................................101

Bảng 4.21. Bảng tổng hợp kết quả tính toán nhiệt độ và ứng suất nhiệt trong thân đập
.....................................................................................................................................106
Bảng 4. 22. Bảng tổng hợp kết quả tính toán nhiệt độ và ứng suất nhiệt trong thân đập
với giải pháp kiến nghị ................................................................................................108

xiii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ACI

American Concrete Institute (Viện bê tông Hoa Kỳ)

APDL

ANSYS Parametric Design Language (Ngôn ngữ thiết kế tham số hóa
trong ANSYS

ASTM

American Society for Testing and Materials (Hội Thí nghiệm vật liệu
Hoa Kỳ)

BTĐL

Bê tông đầm lăn

BTTL

Bê tông trọng lực

BTKL

Bê tông khối lớn

CX

Ký hiệu tổng hàm lượng khoáng C3A+C3S có trong xi măng

CIRIA

Construction Industry Research and Information Association (Hiệp hội
Nghiên cứu và Thông tin công nghiệp xây dựng)

CKD

Chất kết dính

CVC

Bê tông truyền thống

F

Ký hiệu hàm lượng trộn phụ gia khoáng có trong chất kết dính

GUI

Graphical User Interface (Giao diện người dùng đồ họa)

ICOLD

International Commission on Large Dams (Hội đập lớn thế giới)

N/CKD

Tỉ lệ nước trên chất kết dính

N/XM

Tỉ lệ nước trên xi măng

PGK

Phụ gia khoáng

PGK/CKD Hàm lượng trộn phụ gia khoáng trong chất kết dính
PTHH

Phần tử hữu hạn

xiv


QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

RCC

Roller Compacted Concrete (Bê tông đầm lăn)

RCCD

Roller Compacted Concrete Dam (Đập bê tông đầm lăn)

RCD

Roller Compacted Dams (Đập đầm lăn)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TVTK

Tư vấn thiết kế

USACE

United States Army Corps of Engineers (Công binh lục quân Hoa Kỳ)

USBR

United States Bureau of Reclamation (Cục khai hoang Hoa Kỳ)

XM

Xi măng

XM/CKD

Hàm lượng xi măng trong tổng lượng chất kết dính

xv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông sử dụng các nguyên liệu tương tự như bê tông
truyền thống (CVC). Tuy nhiên bê tông CVC được đầm chặt bằng thiết bị rung đưa
vào trong lòng khối đổ, BTĐL được làm chặt bằng thiết bị lu rung lèn như thi công
đất. BTĐL là loại bê tông khô, không có độ sụt và có lượng dùng xi măng (XM) rất
thấp, thường chỉ từ 60 đến 100 kg cho 1 m3. Lượng XM còn lại so với CVC trong
BTĐL được thay thế bằng phụ gia khoáng (PGK) hoạt tính nghiền mịn. Với ưu điểm
thi công nhanh, giá thành hạ, giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ, giảm chi phí cho
biện pháp thi công, BTĐL đã được ứng dụng tương đối phổ biến trong xây dựng các
đập trọng lực công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam. Các đập BTĐL xây dựng tại
Việt Nam được thiết kế và thi công dựa theo kinh nghiệm hay các tài liệu hướng dẫn
của Mỹ, Trung Quốc. Các đặc trưng cơ lý, nhiệt của BTĐL như: cường độ kháng nén,
cường độ kháng kéo, biến dạng, hệ số dãn nở nhiệt, dẫn nhiệt,… đều lấy theo tiêu
chuẩn của nước ngoài vì chúng ta chưa có tiêu chuẩn riêng và chưa có nhiều công trình
tương tự. Nhiều công trình sử dụng BTĐL đã xảy ra nứt, kể cả công trình lớn như đập
thủy điện Sơn La. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra nứt, nhưng đa phần vẫn là nứt do
nhiệt trong quá trình nhiệt thủy hóa vật liệu chất kết dính (CKD) của BTĐL. Các
nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới và các tài liệu hướng dẫn, tiêu chuẩn
thiết kế cũng chủ yếu tập trung vào việc khống chế ứng suất do nhiệt. Tuy nhiên việc
khống chế này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ môi trường, cung ứng vật liệu,
công nghệ thi công và mang tính chất đặc thù của địa phương vì vậy khó có một đáp
án chung cho tất cả các đập BTĐL nên việc ứng dụng các thành quả nghiên cứu trên

thế giới về BTĐL mà đập vẫn xảy ra nứt là điều dễ hiểu. Đề tài “Nghiên cứu giải
pháp giảm ứng suất nhiệt của bê tông đầm lăn trong xây dựng công trình thủy lợi
thủy điện tại Việt nam” là một trong những vấn đề cần thiết và bức xúc, đề tài mang
tính thời sự và có ý nghĩa thực tiễn cao. Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở
để áp dụng thiết kế, thi công đập BTĐL an toàn và kinh tế, phù hợp với điều kiện Việt
Nam.
1


2. Mục đích nghiên cứu
Xác định quá trình phát triển nhiệt độ, trường ứng suất nhiệt trong đập BTĐL dựa trên
những điều kiện ban đầu và điều kiện biên.
Đề xuất việc lựa chọn hàm lượng và thành phần vật liệu CKD, đề ra các giải pháp
giảm nhiệt để khống chế các vết nứt do ứng suất nhiệt trong quá trình thi công đập
BTĐL phù hợp với từng vùng miền của Việt Nam.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đập BTĐL đã và đang xây dựng tại Việt Nam.
4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số nhân tố về vật liệu, thi công và điều kiện tự nhiên
đến ứng suất nhiệt của BTĐL trong xây dựng công trình thủy lợi thủy điện tại Việt
Nam.
5. Phương pháp nghiên cứu
5.1. Phương pháp lý thuyết
Trên cơ sở phân tích lý thuyết truyền nhiệt, lý thuyết đàn hồi nhiệt trong công trình bê
tông và phương pháp tính để lựa chọn phương pháp giải bài toán nhiệt đạt độ chính
xác yêu cầu.
5.2. Phương pháp mô hình toán
Sử dụng mô hình toán để đánh giá xu thế và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến ứng
suất nhiệt đập BTĐL thông qua giả thiết các kịch bản đầu vào.
6. Nội dung nghiên cứu

Điều chỉnh phương trình nhiệt thủy hóa vật liệu CKD của BTĐL có xét đến ảnh hưởng
của hàm lượng PGK và thành phần khoáng của XM được sản xuất tại Việt Nam. Xây
dựng bài toán xác định trường nhiệt độ, trường ứng suất nhiệt trong phần mềm
ANSYS có xét đến các nhân tố ảnh hưởng này.
Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ và độ ẩm môi trường, hàm lượng
khoáng của XM, nhiệt độ đổ bê tông, hàm lượng PGK đến ứng suất nhiệt đập BTĐL.

2


Kiến nghị giải pháp giảm ứng suất nhiệt đập BTĐL phù hợp với từng khu vực đặc thù
của Việt Nam.
Ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án tính toán thử vào cho đập BTĐL Trung Sơn
– Thanh Hóa.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
7.1. Ý nghĩa khoa học
Làm rõ những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phát triển nhiệt và gây ra ứng
suất nhiệt trong quá trình thi công BTĐL.
Khẳng định lợi ích của việc sử dụng PGK là một trong những biện pháp giảm nhiệt độ
sinh ra trong thi công BTĐL, đẩy nhanh tốc độ lên đập BTĐL.
7.2. Ý nghĩa thực tiễn
Công nghệ BTĐL đã và đang được áp dụng trên 20 đập bê tông trọng lực ở Việt Nam
như Pleikrông, Sơn La, Lai Châu, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Sê San 4, Sông Tranh 2,
Bản Vẽ, v.v… Tuy nhiên việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến ứng
suất nhiệt đập BTĐL chưa thực sự hoàn thiện và có hệ thống. Kết quả nghiên cứu của
luận án sẽ khẳng định tác dụng lựa chọn hàm lượng PGK, loại XM là những biện pháp
hữu hiệu để khống chế nhiệt độ và giảm ứng suất nhiệt sinh ra trong quá trình thi công
BTĐL.
8. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm: Phần mở đầu, 4 Chương, Kết luận và kiến nghị; 66 tài liệu tham

khảo, 04 tài liệu tác giả đã công bố. Nội dung chính của luận án được trình bày trong
118 trang và phụ lục với 72 hình vẽ và 27 bảng.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ NHỮNG VẤN
ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
1.1. Bê tông đầm lăn
BTĐL là loại bê tông không có độ sụt được tạo bởi hỗn hợp bao gồm cốt liệu nhỏ (cát
thiên nhiên hoặc cát nghiền), cốt liệu lớn (đá dăm), chất kết dính (XM, PGK hoạt tính
nghiền mịn), nước và phụ gia hóa học. Sau khi trộn đều, vận chuyển, san rải hỗn hợp
được đầm chặt theo yêu cầu của thiết kế bằng thiết bị đầm lăn [43].
Công nghệ xây dựng BTĐL có ưu điểm là thi công nhanh, hạ giá thành và giảm chi
phí cho công trình tạm phục vụ dẫn dòng thi công. Thực tiễn cho thấy do giảm hàm
lượng XM/CKD nên nhiệt thủy hóa của BTĐL giảm hơn so với CVC nhưng lại có tốc
độ nhiệt thủy hóa chậm hơn. Tuy nhiên BTĐL lại tồn tại vấn đề là tính chống thấm
kém và được coi là vật liệu không đẳng hướng do đầm nén lớp mỏng. Vì vậy, ở nhiều
nước người ta sử dụng BTĐL làm lõi đập, bao bọc xung quanh là lớp vỏ bê tông
thường chống thấm dày 2÷3 m hoặc sử dụng BTĐL có tính chống thấm cao và thi
công trên toàn mặt cắt [4][5].
1.2. Tính năng cơ học của BTĐL
1.2.1. Cường độ kháng nén của BTĐL
Cường độ kháng nén là tính chất quan trọng nhất của bê tông nói chung và BTĐL nói
riêng và thường được xem xét đầu tiên. Giá trị cường độ kháng nén của BTĐL (fc)
được xác định thông qua thí nghiệm nén mẫu với hình dạng, kích thước, ngày tuổi
không thống nhất giữa các nước. Ngoài ra giá trị cường độ kháng nén của BTĐL còn
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất vật liệu CKD, tỉ lệ nước trên chất kết dính
(N/CKD), hàm lượng trộn phụ gia khoáng trong chất kết dính (PGK/CKD), cường độ
và độ sạch cốt liệu, điều kiện bảo dưỡng bê tông.

Theo một nghiên cứu của Trung Quốc [14], cường độ kháng nén của BTĐL tại thời
điểm 28 ngày và 90 ngày được xác định theo công thức (1.1) và (1.2):

f c28  19, 459CKD / N-0,147PGK/CKD-11,681

4

(MPa)

(1.1)


f c90  19,326CKD / N-0,333PGK/CKD+5,968

(MPa)

(1.2)

Từ công thức trên có thể thấy rằng cường độ kháng nén của BTĐL giảm khi hàm
lượng trộn PGK/CKD tăng lên.
1.2.2. Cường độ kháng kéo của BTĐL
Giá trị cường độ kháng kéo của BTĐL (ft) có thể xác định trực tiếp thông qua thí
nghiệm kéo mẫu hoặc tính toán theo công thức kinh nghiệm từ giá trị cường độ kháng
nén. Cường độ kháng kéo của BTĐL mặc dù có liên quan với chủng loại và cấp phối
vật liệu nhưng nói chung tăng lên khi cường độ kháng nén của BTĐL tăng lên. Cường
độ kháng kéo của BTĐL tại thời điểm 28 ngày và 90 ngày được xác định theo công
thức (1.3) và (1.4) [14]:

f t 28  0,076f c28  0, 208

(MPa)

(1.3)

f t90  0,075f c90  0, 277

(MPa)

(1.4)

1.2.3. Mô đun đàn hồi của BTĐL
Mô đun đàn hồi của BTĐL (Ec) là tham số quan trọng khi tính toán phân bố ứng suất
trong kết cấu đập BTĐL. Do thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi tương đối khó, nói
chung đều được xác định thông qua cường độ kháng nén của BTĐL. Công thức kinh
nghiệm xác định mô đun đàn hồi đều đưa ra từ kết quả thống kê thực nghiệm. Đối với
bê tông nói chung các quốc gia khác nhau có công thức xác định khác nhau, ví dụ:
Quy phạm Trung Quốc [29]: E c 

100
34,7
2, 2 
fc

Quy phạm ACI của Mỹ [41]: E c  4, 73 f c
Tiêu chuẩn BS8110 của Anh [46]: E c 

5,5
fc
c

Tiêu chuẩn của Châu Âu [49]: E c  6 f c

5

(GPa)

(1.5)

(GPa)

(1.6)

(GPa)

(1.7)

(GPa)

(1.8)


Theo TCXDVN 356-2005 [32] giá trị của Ec phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén của bê
tông và trong khoảng từ (21 ~ 40)  103 MPa.
Do cường độ kháng nén của BTĐL phụ thuộc tỉ lệ N/CKD và hàm lượng PGK/CKD,
vì vậy mô đun đàn hồi của BTĐL tại thời điểm 28 ngày và 90 ngày có thể được xác
định theo công thức (1.9) và (1.10) [14]:

E c28  14, 210CKD / N-0,145PGK/CKD+0,726

(GPa)

(1.9)

E c90  21, 217CKD / N-0,197PGK/CKD-1,376

(GPa)

(1.10)

Từ công thức trên có thể thấy rằng mô đun đàn hồi của BTĐL giảm khi hàm lượng
trộn PGK/CKD tăng lên.
1.2.4. Biến dạng của BTĐL
BTĐL trong quá trình đông cứng và trong môi trường sử dụng khác nhau đều có thể
xuất hiện biến dạng, biến dạng của BTĐL bao gồm co ngót hóa học, co dãn do độ ẩm,
biến dạng nhiệt, biến dạng do tải trọng, v.v... Theo tính chất biến dạng có thể phân
thành biến dạng hồi phục và biến dạng không hồi phục, biến dạng đàn hồi và biến
dạng dẻo.
1.2.4.1. Từ biến của BTĐL
Khi kết cấu BTĐL chịu tác dụng của tải trọng không đổi trong thời gian dài, biến dạng
BTĐL tăng lên theo thời gian được gọi là từ biến. Thời kỳ đầu gia tải, từ biến của
BTĐL tăng lên khá nhanh sau đó dần dần giảm xuống, một vài năm sau tăng lên rất
chậm. BTĐL sau khi dỡ tải, một phần biến dạng hồi phục tức thời, biến dạng này nhỏ
hơn biến dạng đàn hồi phát sinh khi gia tải ban đầu. Trong một khoảng thời gian sau
khi dỡ tải, biến dạng vẫn có thể tiếp tục hồi phục gọi là hồi phục từ biến. Biến dạng
không có khả năng hồi phục gọi là biến dạng dư.
BTĐL bất kể là chịu nén, chịu kéo hoặc chịu uốn đều có hiện tượng từ biến, nguyên
nhân phát sinh từ biến nói chung là do tính bám dính của cốt liệu đá và XM dưới tác
dụng của tải trọng trong một thời gian dài bị nới lỏng. Biến dạng do từ biến dưới tác
dụng của đơn vị ứng suất gọi là độ từ biến, thông thường khoảng (10~300)10-6 MPa.
6

Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến giá trị từ biến như chủng loại XM, tính chất cốt
liệu, tỉ lệ N/XM, tỉ lệ vữa, chất phụ gia cùng với ngày tuổi bê tông khi gia tải, giá trị
ứng suất, thời gian duy trì tải trọng, nhiệt độ và độ ẩm của môi trường, hình dạng và
kích thước kết cấu, v.v…
1.2.4.2. Co ngót của BTĐL
Khi BTĐL rắn chắc trong không khí, thể tích của nó có thể giảm nhỏ, hiện tượng này
gọi là co ngót. Co ngót là biến dạng phát sinh do thể tích thay đổi mà bê tông không
chịu ngoại lực. Thông thường cho rằng co ngót bê tông là do thể tích bản thân khối kết
dính bị co ngót và bê tông co ngót thể tích do mất nước. Thời kỳ đầu co ngót phát triển
rất nhanh, sau đó dần dần chậm lại, tổng thể quá trình co ngót có thể kéo dài 2 năm trở
lên. Khi BTĐL không thể tự do co ngót, trong bê tông phát sinh ứng suất kéo dẫn đến
phá hoại nứt.
Nhân tố ảnh hưởng đến co ngót của BTĐL chủ yếu có nhiệt độ và độ ẩm môi trường
xung quanh, hình dạng và kích thước mặt cắt cấu kiện, tỉ lệ cấp phối, tính chất cốt liệu,
tính chất XM, điều kiện bảo dưỡng... nên tính toán chính xác co ngót bê tông rất khó
khăn.
1.2.4.3. Giá trị kéo dãn giới hạn của BTĐL
Giá trị kéo dãn giới hạn của BTĐL (p) tại thời điểm 28 ngày và 90 ngày có liên quan
đến cường độ kháng kéo của BTĐL có thể được xác định theo công thức (1.11) và
(1.12) dưới đây [14]:

 p28  22, 263f t 28  33,365

(×10-6)

(1.11)

 p90  6,890f t90  66,874

(×10-6)

(1.12)

Từ công thức trên có thể thấy rằng giá trị kéo dãn giới hạn của BTĐL tăng lên khi
cường độ kháng kéo của BTĐL tăng lên.

7


1.2.5. Tính năng cơ học của BTĐL theo thời gian
Quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu BTĐL là biểu thức toán học miêu tả quy luật
vận động và quan hệ giữa lực, nhiệt độ, biến dạng, v.v… của nội bộ kết cấu trong
không gian và thời gian.
BTĐL là vật liệu hỗn hợp được tạo thành từ XM, PGK, cốt liệu thô, cốt liệu mịn và
nước. Khi mới hình thành, trong bê tông đã tồn tại các khuyết tật như các lỗ rỗng, vết
nứt nhỏ, v.v... Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, do tập trung ứng suất tại các khuyết
tật nên chúng dần dần phát triển, từ đó dẫn đến quan hệ ứng suất - biến dạng của phần
tử cốt liệu từng bước đi chệch quan hệ tuyến tính và xuất hiện đặc tính cơ bản của phi
tuyến tính. Đồng thời do các thành phần vật liệu bê tông có đặc trưng phân bố ngẫu
nhiên, vì vậy bất kể là phân bố khuyết tật ban đầu hay là quá trình diễn biến khuyết tật
về sau đều không thể ngăn ngừa đặc trưng ngẫu nhiên sẵn có của bê tông. Phi tuyến
tính và ngẫu nhiên là hai đặc trưng cơ bản của quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông.
Hiện nay quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu bê tông nói chung và BTĐL nói
riêng có thể phân thành mấy nhóm mô hình sau [42][48]:
-

Mô hình cơ học đàn hồi tuyến tính và phi tuyến tính;

-

Mô hình cơ học tính dẻo;

-

Mô hình cơ học phá hủy.

Do tính phức tạp của vật liệu BTĐL, hiện nay vẫn chưa có một mô hình vật liệu BTĐL
duy nhất được mọi người công nhận. Nói chung căn cứ vào đặc điểm chịu lực, phạm
vi ứng suất và độ chính xác tính toán, v.v... của kết cấu phân tích để lựa chọn mô hình
thích hợp. Đương nhiên để xác định chính xác cần phải tiến hành nghiên cứu thực
nghiệm để xác lập các hàm biểu diễn quá trình phát triển các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL
theo thời gian ứng với cấp phối được lựa chọn tối ưu cho từng công trình cụ thể.

8