Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp: Phân tích nguyên nhân nứt trong kết cấu bê tông cốt thép do yếu tố vật liệu, thi công và nhiệt độ

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN THÁI DƯƠNG

PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN NỨT TRONG KẾT
CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DO YẾU TỐ VẬT LIỆU,
THI CÔNG VÀ NHIỆT ĐỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2015


BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN THÁI DƯƠNG
KHĨA: 2013 - 2015

PHÂN TÍCH NGUN NHÂN NỨT TRONG KẾT
CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DO YẾU TỐ VẬT LIỆU,
THI CÔNG VÀ NHIỆT ĐỘ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN DUY HIẾU
TS. VŨ HOÀNG HIỆP

HÀ NỘI, NĂM 2015


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS. Nguyễn Duy Hiếu
và TS. Vũ Hồng Hiệp, người thầy trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác
giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo đã chỉ bảo, dạy dỗ tác
giả trong suốt quá trình học tập.
Tác giả xin trân trọng cảm, Bộ Giáo dục và Đào tạo, Bộ Xây dựng,
Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Khoa Sau Đại học đã tạo điều kiện và giúp
đỡ tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thái Dương


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là cơng trình nghiên cứu khoa học
độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung
thực và có nguồn gốc rõ ràng.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thái Dương


MỤC LỤC

Trang
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng, biểu
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU
Lý do nghiên cứu đề tài

1

Mục đích nghiên cứu

2

Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

2

Các nhiệm vụ cần giải quyết

2

NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU NỨT TRONG
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

4

1.1. Sự làm việc của kết cấu BTCT

4

1.1.1. Sự làm việc chung của vật liệu trong kết cấu BTCT

4

1.1.2. Tính tốn kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn

5

1.1.3. Lý do cần hạn chế mở rộng vết nứt

7

1.2. Các nghiên cứu về nứt kết cấu BTCT

8

1.2.1. Các nguyên nhân gây nứt kết cấu BTCT

8

1.2.2. Nứt do co ngót

9

1.2.3. Nứt do nhiệt

9

1.2.4. Nứt do ăn mòn cốt thép

9

1.2.5. Nứt do tải trọng và tác động

11

1.3. Một số sự cố nứt kết cấu BTCT

12


1.4. Những tồn tại về vấn đề kiểm soát nứt trong kết cấu BTCT
và đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu

15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHÂN TÍCH VỀ HIỆN
TƯỢNG NỨT KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

16

2.1. Những đặc trưng về vật liệu và tính chất cơ lý của bê tông
và BTCT

16

2.1.1. Vật liệu chế tạo bê tông và ảnh hưởng của chúng đến nứt
16

bê tơng
2.1.2. Tính chất cơ lý của bê tông cốt thép

24

2.2. Nứt kết cấu bê tông cốt thép do yếu tố co ngót

28

2.2.1. Co hóa học

29

2.2.2. Co nội sinh

31

2.2.3. Co mềm

36

2.2.4. Co cứng

40

2.3. Nứt kết cấu bê tông cốt thép do yếu tố thi công

45

2.3.1. Quy trình thi cơng

45

2.3.2. Tải trọng thi cơng

47

2.4.

48

Nứt kết cấu bê tông cốt thép do yếu tố nhiệt độ

2.4.1. Ứng suất nhiệt của kết cấu bê tông cốt thép trong giai
đoạn chế tạo, thi công

49

2.4.2. Ứng suất nhiệt của kết cấu bê tông cốt thép trong giai
đoạn khai thác, sử dụng

2.4.3. Chỉ số nứt do nhiệt
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TỐN PHÂN TÍCH NỨT
KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP - CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ

53
54
63

3.1. Đặt vấn đề

63

3.2. Các ví dụ tính tốn

63


3.2.1 Ví dụ 1 – Tính tốn đánh giá khản năng nứt bê tơng tuổi
sớm do co ngót và mất nước bề mặt

63

3.2.2 Ví dụ 2 – Tính tốn đánh giá khả năng nứt kết cấu do tải
trọng thi công

66

3.2.3 Khảo sát dầm sàn bê tông cốt thép chịu tác động nhiệt

67

3.3. Các giải pháp hạn chế

71

3.3.1 Giải pháp về vật liệu và thành phần bê tông

71

3.3.2 Giải pháp về thi cơng

75

3.3.3 Giải pháp tính tốn kết cấu

81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

86


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
Tên bảng
2.1
Nhiệt thủy hóa của xi măng theo ASTM C150-99a
2.2
Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

2.3

Thành phần hạt của cát
Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion

2.4

sunphat, ion clorua và cặn không tan trong nước trộn bê
tông và vữa

2.5
2.6

2.7

2.8

2.9

Hệ số tin cậy của một số loại bê tông
Các cường độ tiêu chuẩn của bê tơng nặng và cường độ
tính tốn khi tính theo các trạng thái giới hạn thứ hai
Các cường độ tiêu chuẩn của bê tơng nặng khi tính tốn
theo các trạng thái giới hạn thứ nhất
Mô đun đàn hồi của bê tông nặng ở điều kiện đông cứng
tự nhiên
Cường độ chịu kéo tính tốn của bê tơng ứng với cấp độ
bền chịu kéo của bê tơng

2.10

Co hóa học của các khoáng xi măng

2.11

Sự phát triển của cường độ bê tông theo thời gian

2.12

Các hàm cho các thông số trong công thức 2.20


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Số hiệu
Tên hình
1.1
Vết nứt trên trụ cầu Vĩnh Tuy
1.2

Một số vết nứt tại thành đài móng cơng trình

2.1

Sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian

2.2

Quan hệ ứng suất biến dạng của bê tơng

2.3

Co hóa học của đá xi măng

2.4

Độ co của các khoáng trong xi măng pooc lăng

2.5

Mối quan hệ giữa co hóa học và co nội sinh

2.6

Q trình hình thành co nội sinh

2.7

Mô tả trạng thái của nước trong lỗ rỗng cấu trúc của đá
xi măng

2.8

Hiện tượng tự làm khô trong đá xi măng

2.9

Hiện tượng nứt của bê tông do co mềm

2.10

Một số ví dụ về tốc độ nước trồi lên bề mặt

2.11

Bê tông bị nứt do co khô

2.12

Sự phân bố của áp lực tách liên kết

2.13

Ảnh hưởng của điều kiện dưỡng hộ đến co ngót bê tơng

2.14

Tương quan giữa chỉ số nứt do nhiệt và xác suất nứt do
nhiệt

2.15

So sánh kết quả đo được của diễn biến nhiệt độ với các
giá trị phân tích – Dãy 1

2.16

So sánh kết quả đo được của diễn biến nhiệt độ với các
giá trị phân tích – Dãy 2

2.17

Mối quan hệ giữa chỉ số nứt nhiệt và chiều rộng vết nứt
tối đa

2.18

Mối quan hệ giữa đường tang hồi qui và tỉ lệ cốt thép


3.1

Mặt bằng kết cầu sàn (42x9.6)m

3.2

Biểu đồ Mx do nhiệt độ giảm 20oC kết cầu sàn (42x9.6)m

3.3
3.4
3.5
3.6

Biểu đồ Mx do nhiệt độ chênh 2 mặt sàn 10oC kết cầu sàn
(42x9.6)m
Mặt bằng kết cầu sàn (54x9.6)m
Biểu đồ Mx do nhiệt độ chênh 2 mặt sàn 10oC kết cầu sàn
(54x9.6)m
Sơ đồ khe giãn (a), khe co (b)

1

MỞ ĐẦU
* Lý do nghiên cứu đề tài
Xây dựng ở Việt Nam hiện tại được đầu tư rất lớn và lâu dài sẽ cịn phát
triển mạnh khơng chỉ về số lượng chủng loại cơng trình (cầu, cảng, đường,
nhà, cơng trình thuỷ…) mà cịn có quy mơ ngày càng lớn, được khai thác
trong những điều kiện môi trường ngày càng phức tạp. Có rất nhiều yếu tố
ảnh hưởng đến độ bền lâu, khả năng sử dụng của kết cấu cơng trình, nhất là
cơng trình bêtơng và bê tơng cốt thép (BTCT) được sử dụng phổ biến. Hiện
tượng nứt kết cấu bêtông và BTCT vốn do nhiều nguyên nhân phức tạp gây
nên, vì vậy cần quan tâm nghiên cứu.
Nứt bêtơng là hiện tượng thường gặp trong cơng trình xây dựng. Các vết
nứt trong bêtơng có thể phát triển từ nhiều ngun nhân, mà bản chất là đặc
tính của vật liệu trong khâu sản xuất, thi công và khả năng chịu kéo kém của
bêtông khi kết cấu làm việc. Các vết nứt trông thấy thường liên quan đến khả
năng các vết nứt này tạo điều kiện dễ dàng cho sự xâm nhập của các tác nhân
xâm thực vào bêtông và tiếp cận cốt thép, dẫn đến huỷ hoại cấu trúc chịu lực
của vật liệu.
Trong q trình thi cơng và sử dụng, hiện tượng nứt BTCT làm ảnh
hưởng bất lợi đến tính bền vững cơng trình, gây thấm, hỏng những kết cấu
liền kề, đặc biệt ở nước ta nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới nóng ẩm
quanh năm. Nhiều cơng trình xây dựng sử dụng kết cấu BTCT quy mô lớn
như cầu, nhà cao tầng, các cơng trình lớn, cơng trình cơng nghiệp, đập thuỷ
điện, móng silo … địi hỏi tính bền vững và ổn định cơng trình cao, việc xuất
hiện vết nứt tại các kết cấu BTCT gây nhiều bất lợi không chỉ về mặt kỹ thuật
mà còn ảnh hưởng đến kinh tế, gây nên tâm lý không tốt cho người sử dụng
và xã hội. Việ giải quyết và khắc phục triệt để sự cố nứt này thường rất tốn
kém và khó thực hiện.

2

Những lý do nêu trên cho thấy sự cần thiết của cơng tác tập hợp, phân tích
những ngun nhân gây ra nứt kết cấu BTCT, từ đó đưa ra các giải pháp,
phương án hạn chế và nguyên tắc xử lý cho kết cấu BTCT bị nứt. Điều đó
khơng chỉ có ý nghĩa về nghiên cứu mà cịn có ứng dụng thực tiễn trong công
tác thiết kế, thi công và khai thác các cơng trình xây dựng.
* Mục đích nghiên cứu
Phân tích đặc điểm hình thành, phát triển vết nứt do các nguyên nhân vật
liệu, thi công và nhiệt độ trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam.
Đề xuất một số giải pháp hạn chế nứt và nguyên tắc xử lý vết nứt cho kết
cấu dầm - sàn BTCT khi thiết kế và thi công.
* Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng:
Nghiên cứu các hiện tượng xuất hiện vết nứt trên kết cấu bê tông cốt thép
bởi các nguyên nhân : vật liệu, thi công và nhiệt độ.
Phạm vi nghiên cứu :
Nghiên cứu lý thuyết về hiện tượng nứt trong kết cấu bê tông cốt thép sử
dụng trong xây dựng dân dụng và cơng nghiệp.
Tính tốn một số hiện tượng cụ thể về nứt trong kết cấu dầm sàn BTCT
(trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở thành phố Hà Nội, Việt Nam).
Phương pháp nghiên cứu :
Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, tổng hợp và đánh giá trên cơ sở các
nghiên cứu và số liệu thống kê đã có; kết hợp thực hành tính tốn một số ví dụ
về nứt kết cấu BTCT trong điều kiện cụ thể về vật liệu, kết cấu và môi trường.
* Các nhiệm vụ cần giải quyết
- Tìm hiểu các cơ chế nứt kết cấu BTCT, từ đó phân loại, lập cơ sở để tính
tốn, có giải pháp xử lý bề rộng vết nứt : đưa ra các điều kiện biên, các giả
thiết

3

- Tính tốn đánh giá khả năng nứt kết cấu BTCT một số ví dụ (nứt dầm và
sàn BTCT cơng trình tại địa phương).
- Đề xuất một số giải pháp hạn chế sự hình thành và phát triển vết nứt, các
nguyên tắc xử lý vết nứt.


THƠNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lịng liên hệ với Trung Tâm Thơng tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Luận văn đã tập hợp được các nghiên cứu về nứt kết cấu bê tông và bê
tơng cốt thép nói chung.
Luận văn đã phân tích các cơ sở khoa học liên quan đến nứt kết cấu bê
tông cốt thép, đánh giá các nguyên nhân gây nứt, tập trung chủ yếu vào 3 yếu
tố vật liệu, thi cơng và nhiệt độ có xét đến điều kiện khí hậu.

Trên cơ sở phân tích khoa học về nguyên nhân gây nứt kết cấu bê tông
cốt thép, luận văn đã tiến hành tính tốn, phân tích và đánh giá được khả năng
nứt qua một số ví dụ cụ thể, qua đó minh chứng rằng có thể sử dụng lý thuyết
và cơng thức thực nghiệm để kiểm tra, kiểm sốt khả năng nứt của kết cấu bê
tông cốt thép.
Từ kết quả phân tích cơ sở khoa học cũng như phương pháp tính tốn
qua các ví dụ cụ thể, luận văn đã đề xuất được các giải pháp hạn chế vết nứt
cho kết cấu bê tơng cốt thép.
Kiến nghị
Phân tích và đánh giá nguyên nhân gây nứt kết cấu bê tông cốt thép trên
cơ sở có kiểm chứng bằng thực nghiệm trong mơi trường khí hậu Việt Nam.
Khảo sát, phân tích và đánh giá hiện tượng nứt kết cấu bê tông và bê
tơng cốt thép tại những cơng trình xây dựng thực tế ở nước ta.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Công (2013), Luận văn thạc sỹ : Vấn đề bề rộng của khe nứt ở
khớp dẻo của dầm bê tông cốt thép, Trường ĐH Đà Nẵng.
2. Nguyễn Tiến Đích (2006), Cơng tác bê tơng trong điều kiện khí hậu
nóng ẩm Việt Nam, Nhà xuất bản Xây dựng.
3. Phạm Toàn Đức (2009), “ Vấn đề nứt trong bê tơng ở trạng thái dẻo”,
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải (Số 19), trang 88-91.
4. Vũ Hồng Hiệp, Vũ Ngọc Anh (2010), “Nghiên cứu thực nghiệm dầm
bê tơng cốt thép bị ăn mịn”, Tạp chí Kiến trúc và xây dựng (Số 2).
5. Nguyễn Duy Hiếu (2008), “Hiệu quả của nội bảo dưỡng đến hạn chế
phân tầng và giảm co ngót cho bê tơng nhẹ chịu lực”, Chun đề Tiến
sỹ, Đai học Xây dựng Hà Nội.
6. Hồ Ngọc Khoa, Vũ Chí Cơng (2012), “Phân tích trường nhiệt độ và
ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn bằng phương pháp phần tử hữu

hạn”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (Số 14), trang 17-27.
7. Nguyễn Đại Minh, Nguyễn Hồng Dương (2006), “Vấn đề nứt trong
kết cấu bê tơng cốt thép nhà cao tầng”, Tạp chí Sài Gịn đầu tư & xây
dựng (Số 11).
8. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), “Kết
cấu bê tơng cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản”.
9. Đặng Văn Trung (2013), Luận văn thạc sỹ : Khống chế bề rộng vết nứt
của dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn thiết kế, Trường ĐH Đà
Nẵng.
10.Nguyễn Viết Trung (2004) - Phụ gia và hố chất dùng cho bê tơng NXB Xây Dựng


11.Nguyễn Tất Tùng & Lê Thọ Mẫn, Kiểm tra và tính tốn biến dạng của
cấu kiện chịu uốn bê tơng cốt thép, Khoa kỹ thuật cơng trình, Trường
Đại học Lạc Hồng.
12.Tạ Quang Vinh (2005), Luận văn thạc sỹ : Các biện pháp hạn chế vết
nứt do ứng suất nhiệt trong thi công bê tông khối lớn, Trường ĐH Kiến
trúc Hà Nội.
13.Viện Khoa học công nghệ Xây dựng (2013), Báo cáo kiểm định chất
lượng bê tơng đài móng khu Hotel – Dự án Trụ sở chính ngân hàng
TMCP Cơng thương Việt Nam – Vietinbank Tower tại Lô TM01CIPUTRA, Tây Hồ, Hà Nội.
14.QCXDVN 02:2008/BXD : Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây
dựng.
15.TCXDVN 305: 2004, Bê tông khối lớn, quy phạm và nghiệm thu.
16.TCXDVN 325: 2004 , Phụ gia hóa học cho bê tông.
17.TCVN 4506 : 2012, Nước cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật.
18.TCVN 5574-2012, Kết cấu bê tông và BTCT – Tiêu chuẩn thiết kế.
19.TCVN 7570 : 2006, Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật.
20.Hội bê tông Nhật Bản (2008), Hướng dẫn kiểm sốt nứt trong bê tơng
khối lớn.

21.ACI 318 : Building code Requirements for Structural concrete and
Commentary.
22. CCANZ New Zealand – Information bulletin : IB 73, Craking.
23. Cole County Industries – USA, Plastic shrinkage cracking in concrete.
24. David Beal, “Types and causes of cracks and cranking”.
25. Eric Bescher, Ph.D(2009), “Addressing drying shrinkage in concrete”.
26. Holcim (Australia) Pty Ltd(2013), Holcim Technical Manual : Cement
and Concrete.


27.Tazawa, E.i., (1999), Autogenous Shrinkage of Concrete, Technical
Committee Report on Autogenous Shrinkage of Concrete, Japan
Concrete Institute E & FN Spon, London.
28.Jensen, O.M and P.F. Hansen (2001), Autogenous deformation and RHchange in perspective, Cement and Concrete Reasearch, 31.
29.Paulini, P., (1996), Outlines of Hydraulic Hardening – an Energetic
Approach.

Workshop

NTNU/SINTEF

–

Trondheim,

Norway,

November.
30.Breugel.K, v., (1991), Simulation of hydration and formation of
structure in hardening cement-based materials, in PhD thesis, Delft

University of Technology, the Netherlands.
31.Soroushian, P. and S. Ravanbakhsh, (1998), Control of plastic
shrinkage cracking with specially cellulose fibres. ACI Materials
Journal, 95(4).
32. Graybeal, B.A., (2006), Material Property Characterization of Ultrahigh Performance Concrete, FHWA-HRT-06-103, Federal Highway
Administration, U.S Department of Transportation.
33.Mindess, S. and J.F.Young, (1981) Concrete, Prentice-Hall, Inc., 1981.