Bài giảng Bệnh học và sửa chữa công trình: Phần 3.1 - TS. Nguyễn Hoàng Giang

Phần 3

BỆNH, HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA, GIA CƯỜNG
KẾT CẤU BÊ TÔNG


NỘI DUNG CỦA PHẦN 3

Phần 3.1 : Bệnh và hư hỏng kết cấu bê tông

Phần 3.2
3 2 : Sửa chữa hư hỏng kết cấu bê tông

Phần 3.3 : Gia cường kết cấu bê tông


Phần 3.1 :
BỆNH VÀ HƯ HỎNG KẾT CẤU BÊ TÔNG


NỘI DUNG CỦA PHẦN 3.1

ƒ NHỮNG
Ữ G ĐẶC
ẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QU
QUAN ĐẾN BỆNH
Ệ
CỦ
CỦA KẾT C
CẤU
U

BÊ TÔNG

ƒ NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT THÉP) CÓ
NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN

ƒ NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT THÉP) CÓ
NGUỒN GỐC CHỦ QUAN


NỘI DUNG CỦA PHẦN 3.1

ƒ NHỮNG
Ữ G ĐẶC
ẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QU
QUAN ĐẾN BỆNH
Ệ
CỦ
CỦA KẾT C
CẤU
U
BÊ TÔNG

ƒ NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT THÉP) CÓ
NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN

ƒ NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT THÉP) CÓ
NGUỒN GỐC CHỦ QUAN


NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT

CẤU BÊ TÔNG
‰ ĐẶC ĐIỂM VẬT LÝ CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG
- Vật liệu bê tông có cấu trúc rỗng : phần đặc + phần lỏng + phần khí
Lỗ rỗng mở liên kết

Lỗ rỗng mở không liên kết
Phần đặc
Lổ rỗng kín

Độ rỗng
ỗ của
ủ bê tông
tô thông
thô
thường
th ờ
ở 28 ngày
à ttuổi
ổi
khoảng 15%

Sự xâm nhập của các tác nhân hóa học (có nguồn gốc hóa học)
qua các lổ rỗng là nguyên nhân chính gây ra hư hỏng kết cấu bê
tông


NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT
CẤU BÊ TÔNG
‰ ĐẶC ĐIỂM VẬT LÝ CỦA BÊ TÔNG
Bê tông là vật liệu đàn nhớt : đặc tính lưu biến

ả h hưởng
ảnh
h ở đế
đến chất
hất llượng kết cấu
ấ bê tông
tô
trong quá trình thi công

Phương đổ BT

Sự
ựp
phân tầng
g của vật
ậ liệu
ệ bê tông
g
ảnh hưởng đến sự làm việc của kết
cấu bê tông

τ0 : ngưỡng chảy dẻo của bê tông
Quan hệ giữa ngưỡng chảy dẻo τ0 và độ sụt
S (khi S thay đổi từ 5 đến 25 cm):

ρ : khối lượng riêng
của BT


NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT

CẤU BÊ TÔNG
‰ ĐẶC ĐIỂM VẬT LÝ CỦA BÊ TÔNG
Quá
Q
á ttrình
ì h thủy
thủ hó
hóa của
ủ xii măng
ă
ttrong kết cấu
ấ bê tông
tô diễ
diễn ra rong một
ột thời
gian dài:
- Ảnh
Ả h hưởng
h ở đế
đến sự phát
hát ttriển
iể các
á đặ
đặc ttrưng cơ học
h của
ủ vật
ật liệu
liệ bê tông
tô
- Ảnh hưởng đến sự ổn định thể tích của bê tông trong giai đoạn đầu

- Nhiệt thủy hóa có thể tạo ra các ứng suất kéo gây nứt kết cấu BT nhất là
trong trường hợp bê tông khối lớn


NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT
CẤU BÊ TÔNG
‰ ĐẶC ĐIỂM CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG

- Bê
ê tô
tông
g là
à vật
ật liệu
ệu có ttính đồng
đồ g nhất
ất kém
é do được tạo thành
t à từ nhiều
ều vật
ật
liệu thành phần khác nhau
- Qua
Quan hệ
ệứ
ứng
g suất-biến
suất b ế dạng
dạ g của cốt liệu
ệu và

à
vữa xi măng là tuyến tính tuy nhiên đặc
trưng cơ học này của bê tông là có thể xem
là phi tuyến
- Các vi nứt tồn tại ở vùng lỗ rỗng trong kết
cấu gây ra sự tập trung ứng suất ở vùng tiếp
giáp vữa xi măng – cốt liệu


NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT
CẤU BÊ TÔNG
‰ ĐẶC ĐIỂM CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG

- Cường
g độ
ộ chịu
ị kéo thấp
p ~ 1/10 cường
g độ
ộ chịu
ị nén
- Khả năng biến dạng kém : theo Acker (1992) bê tông bắt đầu nứt khi
biến dạng
g xấp
p xỉ 150.10-6 ((Acker P. 1992. Retrait et fissurations du béton.))

Giai đoạn làm việc đàn hồi khi σ < 0,4σc


NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT

CẤU BÊ TÔNG
‰ ĐẶC ĐIỂM CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG

- Cường
g độ
ộ bê tông
gp
phát triển theo thời gian
g
và p
phụ
ụ thuộc
ộ chủ yyếu vào q
quá
trình thủy hóa xi măng

+ Cường độ bê tông phát triển nhanh trong 28 ngày sau khi đổ bê tông. Sau 28
ngày cường độ bê tông phát triển chậm. Theo 1 số nghiên cứu sự chênh lệch
cường
ờ độ bê tô
tông thô
thông th
thường
ờ ở thời điể
điểm 28 ngày
à và
à 1 năm khoảng
kh ả 15%
+ Tỷ lệ N/X (nước/xi măng) quyết định đến tốc độ thủy hóa

NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT
CẤU BÊ TÔNG
‰ ĐẶC ĐIỂM CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG
ặ điểm cấu tạo,
ạ , biến dạng
ạ g của bê tông
g rất phức
p
tạp
ạp và có thể biếu diễn
Do đặc
bằng công thức sau :

ε = ε(co ngót) + ε(nhiệt) + ε(đàn hồi) + ε(dẻo) + ε(từ biến)
Do tác động
của môi trường

Do tải trọng tác
động ngắn hạn

Do tải trọng tác
động dài hạn


NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH CỦA KẾT
CẤU BÊ TÔNG
‰ ĐẶC ĐIỂM CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG
ự làm việc
ệ của bê tông

g dưới tác dụng
ụ g của tải trọng
ọ g lặp
ặp (mỏi)
(
)
Sự


NỘI DUNG CỦA PHẦN 3.1

ƒ NHỮNG
Ữ G ĐẶC
ẶC ĐIỂM CƠ BẢN LIÊN QU
QUAN ĐẾN BỆNH
Ệ
CỦ
CỦA KẾT C
CẤU
U
BÊ TÔNG

ƒ NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT THÉP) CÓ
NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN

ƒ NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT THÉP) CÓ
NGUỒN GỐC CHỦ QUAN


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT

THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
‰ ĂN MÒN CỐT THÉP VÀ HƯ HỎNG LỚP BÊ TÔNG BẢO VỆ
- Là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây hư hỏng kết cấu bê tông
- Những hư hỏng này thường diễn ra trong một quá trình lâu dài và chủ yếu ở
những khu vực xây dựng có các tác nhân hóa học ( ví dụ vùng ven biển, các
nhà máy hóa chất ….)


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
‰ ĂN MÒN CỐT THÉP VÀ HƯ HỎNG LỚP BÊ TÔNG BẢO VỆ

Cả Th
Cảng
Thương V
Vụ - Vũng
Vũ Tàu
Tà sau 15
năm sử dụng

Cảng Cửa Cấm –Hải Phòng sau 30 năm
sử dụng

( Theo N.V Khoan – L.N. Thắng : Tình trạng ăn mòn BTCT ở vùng biển VN)


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
- Dạng hư hỏng này thường không gây ra phá hủy đột ngột kết cấu công trình tuy
nhiên chúng là một trong những tác nhân cơ bản (chủ yếu) quyết định đến tuổi thọ

công
g trình.
- Một ví dụ về phá hủy kết cấu BTCT do cốt thép bị ăn mòn ( Trường Đại học
Syracuse New York)


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
¾ CÁC TÁC NHÂN GÂY ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG

- Các tác nhân có nguồn gốc hóa học ( CO2 , Cl-….)

Clorua
(trong muối)

CO2


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
¾ CÁC TÁC NHÂN GÂY ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG

- Quá trình ăn mòn của các tác nhân có nguồn gốc hóa học ( CO2 , Cl-….)


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
¾CÁC TÁC NHÂN GÂY ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG

Ăn mòn do CO2

- CO2 xâm nhập qua các lỗ rỗng trong kết cấu
bê tông
- Làm giảm độ pH của môi trường kết cấu
dẫn đến ăn mòn cốt thép

- Xảy ra chủ yếu ở các khu công nghiệp nơi
có hàm lượng CO2 cao
- Ăn mòn do CO2 không xảy ra khi kết cấu
bê tông nằm hoàn toàn dưới nước


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
¾CÁC TÁC NHÂN GÂY ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG

Các vết nứt trên kết cấu bê
tông đẩy nhanh quá trình xâm
nhập của CO2

Xác định chiều sâu
vùng các-bô-nát bằng
phenoltanéin


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
¾CÁC TÁC NHÂN GÂY ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG

Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/xi măng đến quá trình cacbonat

NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
¾CÁC TÁC NHÂN GÂY ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG

Ăn mòn do Clorua

- Ăn
Ă mòn do Clorua xảy ra khi kết
ế cấu
ấ bê tông có
tiếp xúc với môi trường có chứa clorua ( vùng ven
biển, khu công nghiệp )
- Clorua xâm nhập thông qua các lỗ rỗng và nhất là
các khe nứt trên bề mặt kết cấu


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
¾ HƯ HỎNG KẾT CẤU BÊ TÔNG DO ĂN MÒN CỐT THÉP

Làm giảm yếu tiết diện của cốt
thép
p chịu
ị lực
ự trong
g kết cấu BTCT

Làm giảm tiết
ế diện bê tông của kết

ế cấu
ấ
(nhất là trường hợp kết cấu chịu nén)
Làm giảm khả năng chịu lực hay tuổi
thọ của kết cấu (công trình)


NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG (BÊ TÔNG CỐT
THÉP) CÓ NGUỒN GỐC KHÁCH QUAN
‰ HƯ HỎNG BÊ TÔNG DO THAY ĐỔI ĐỘ ẨM MÔI TRƯỜNG
Kết cấu bê tông có sự thay đổi kích thước khi hàm lượng nước (độ ẩm ) thay đổi
đặc biệt các bộ phận kết cấu công trình có sự tiếp xúc với môi trường tự nhiên
Độ ẩm môi trường thấp

Độ ẩm môi trường cao

Thay đổi chiều dài kết cấu