ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------

KIỀU QUỐC LAI

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA BÊ TÔNG THÁP CẦU CỬA ĐẠI,
TỈNH QUẢNG NGÃI DO NHIỆT THỦY HÓA GÂY RA

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG

Đà Nẵng, Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------

KIỀU QUỐC LAI

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA BÊ TÔNG THÁP CẦU CỬA ĐẠI,
TỈNH QUẢNG NGÃI DO NHIỆT THỦY HÓA GÂY RA

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng
Mã số: : 8.58.02.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS. VÕ DUY HÙNG

Đà Nẵng, Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tác giả luận văn

Kiều Quốc Lai


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài .................................................2
6. Cấu trúc luận văn ................................................................................................ 2
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ..................................................3
1.1. Tổng quan về Cầu Cửa Đại – tỉnh Quảng Ngãi........................................................3
1.2. Nhiệt thủy hóa trong bê tông khối lớn......................................................................6
1.2.1. Các yếu tố gây nứt bê tông khối lớn .............................................................7
1.2.2. Các giai đoạn nứt bê tông khối lớn ............................................................... 9
1.2.3. Biện pháp phòng chống nứt bê tông ...........................................................10
1.2.4. Các lưu ý hạn chế nứt trong thi công bê tông khối lớn .............................. 14
1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu ............................................................................................ 18
1.4. Những vấn đề cần giải quyết ..................................................................................19
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT

THỦY HĨA..................................................................................................................20
2.1. Thủy hóa trong xi măng .........................................................................................20
2.2. Cơ sở lý thuyết tính tốn nhiệt thủy hóa ................................................................ 23
2.2.1 Phân tích truyền nhiệt ..................................................................................23
2.2.2. Phân tích ứng suất nhiệt ..............................................................................25
2.3. Giới thiệu về phần mềm Midas ..............................................................................26
2.4. Cơ sở phân tích tác động của nhiệt thủy hóa bằng Midas civil .............................. 27
2.5. Cơ sở phân tích bằng phần tử hữu hạn ...................................................................27
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT THỦY HĨA ĐẾN
THI CƠNG THÁP CẦU CỬA ĐẠI, TỈNH QUẢNG NGÃI ...................................33
3.1. Thông số thiết kế của tháp cầu Cửa Đại – tỉnh Quảng Ngãi ..................................33
3.2. Phân tích các ảnh hưởng của nhiệt thủy hóa đến thi cơng tháp cầu Cửa Đại ........35
3.2.1. Mơ hình hóa trên Midas Civil .....................................................................35
3.2.2. Phân tích kết quả .........................................................................................43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................57
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)


NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA BÊ TÔNG THÁP CẦU CỬA ĐẠI, TỈNH QUẢNG
NGÃI DO NHIỆT THỦY HÓA GÂY RA
Học viên: Kiều Quốc Lai Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng
Mã số: 8.58.02.25 Khóa:K34 - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt -Thế giới đã nghiên cứu về tác động của nhiệt thủy hóa gây ra trong bê tơng
khối lớn, trong các cơng trình giao thơng, thủy lợi … . Ở Việt Nam hiện nay, ngày
càng nhiều cơng trình lớn được xây dựng, trong đó có những cây cầu bắt qua các con
sông lớn với bước nhịp lớn, kéo theo phải thi công những trụ tháp cao với bệ móng
trụ rất lớn. Cầu Cửa Đại - tỉnh Quảng Ngãi là một trong các trường hợp đó. Vì vậy,
việc nghiên cứu các ứng xử của bê tông tháp cầu do nhiệt thủy hóa gây ra là đặc biệt
quan trong. Nghiên cứu này được đề xuất nhằm đưa ra các vấn đề có thể xảy ra trong

q trình thi công cầu Cửa Đại. Từ các vấn đề này ta có thể đưa ra các giải pháp để
hạn chế các vết nứt trong bê tông khối lớn. Tác giả đã tóm tắt các kết quả đã đạt được
và đưa ra các hướng phát triển tiếp theo.

Từ khóa - Nhiệt thủy hóa, bê tơng khối lớn, cầu Cửa Đại – tỉnh Quảng Ngãi, ứng
suất gây nứt.

Abstract - The world has studied the effects of hydrothermal heat caused in large
mass concrete, in traffic, irrigation constructions .... Nowadays, in Vietnam, more and
more large projects are being built, including bridges spanning large rivers with large
steps, followed by the construction of towers with huge piers. Cua Dai Bridge in
Quang Ngai province is one of those cases. Therefore, the study of the behavior of
radiant bridge concrete caused by hydrothermal heat is particularly important. This
research is proposed to give possible problems during construction of Cua Dai
Bridge. From these issues we can offer solutions to limit cracks in large concrete
blocks. The author has summarized the results achieved and set out the direction for
further development.
Key words – Heat of hydration, mass concrete, Cua Dai Bridge - Quang Ngai
Province, crack stress.


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình

Tên hình

Trang

1.1.


Sơ đồ vết nứt đập bê tơng

8

1.2.

Sự phát triển của nhiệt thuỷ hố trong lịng bê tơng khối lớn có thể
dẫn đến nứt vì nhiệt

13

3.1.

Mặt bằng bệ móng trụ tháp

33

3.2.

Mặt chính trụ tháp

34

3.3.

Mặt bên trụ tháp

35


3.4.

Khao báo đơn vị

36

3.5.

Khai báo vật liệu

36

3.6.

Khai báo từ biến

37

3.7.

Khai báo từ biến

37

3.8.

Điều kiện biên

39


3.9.

Hàm nhiệt độ môi trường

39

3.10.

Hệ số đối lưu ván khn thép

40

3.11.

Hệ số đối lưu khơng khí

40

3.12.

Nguồn nhiệt

41

3.13.

Giai đoạn thi công 1- Bệ tháp

41


3.14.

Giai đoạn thi công 2 - phần vát bệ

42

3.15.

Quy trình phân tích trường nhiệt độ, ứng suất trong bê tông khối
lớn bằng phương pháp PTHH

42

3.16.

Mơ hình khối móng dùng để phân tích

43

3.17.

Vị trí các nút trên mơ hình dùng phân tích

43

3.18.

Biểu đồ nhiệt độ tại 5 nút

44


3.19.

Biểu đồ nhiệt độ tại nút N2727 (tại tâm bệ)

44

3.20.

Trường phân bố nhiệt độ trong khối bê tông lúc 10giờ

45

3.21.

Trường nhiệt độ lúc 20giờ

45

3.22.

Trường nhiệt độ lúc 30giờ

45

3.23.

Trường nhiệt độ lúc 40giờ

46


3.24.

Trường nhiệt độ lúc 50giờ

46

3.25.

Trường nhiệt độ lúc 60giờ

46

3.26.

Trường nhiệt độ lúc 72giờ

47

3.27.

Trường nhiệt độ lúc 80 giờ

47


Số hiệu

Tên hình


hình

Trang

3.28.

Trường nhiệt độ Lúc 100 giờ

47

3.29.

Trường nhiệt độ cao nhất

48

3.30.

Trường nhiệt độ thấp nhất

48

3.31.

Biểu đồ ứng suất tại nút N2727 (tại tâm bệ)

49

3.32.


Biểu đồ ứng suất tại nút N4759 (nút bề mặt)

50

3.33.

Biểu đồ ứng suất tại 2 nút N2745 và N4772

50

3.34.

Trường ứng suất lúc 10 giờ

50

3.35.

Trường ứng suất Lúc 30 giờ

51

3.36.

Trường ứng suất Lúc 50 giờ

51

3.37.


Trường ứng suất Lúc 60 giờ

51

3.38.

Trường ứng suất lúc nhiệt độ cao nhất (72 giờ)

52

3.39.

Trường ứng suất Lúc 80 giờ

52

3.40.

Trường chuyển vị lúc 10 giờ

52

3.41.

Trường chuyển vị lúc 30 giờ

53

3.42.


Trường chuyển vị Lúc 50 giờ

53

3.44.

Trường chuyển vị Lúc 72 giờ

53

3.45.

Trường chuyển vị Lúc 80 giờ

54

3.46.

Trường chuyển vị Lúc 100 giờ

54

3.47.

Trường chuyển vị Lúc 130 giờ

54

3.48.


Trường chuyển vị Lúc 140 giờ

55

3.49.

Trường chuyển vị Lúc 730 giờ

55

3.50.

Trường chuyển vị Lúc 1030 giờ

55

3.51.

Biểu đồ ứng suất gây nứt tại nút N4759

56

3.52.

Biểu đồ ứng suất gây nứt tại nút N2727

56


1


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, cùng với sự phát triển công nghệ hiện đại trong thi công cầu trên thế
giới nói chung, Việt Nam chúng ta cũng đang có những cơng trình cầu hiện đại, với
quy mơ lớn, khả năng vượt nhịp lớn. Ví dụ như cầu Mỹ Thuận, cầu Cần Thơ, cầu Thị
Nại, cầu Thuận Phước, cầu Bãi Cháy… ngoài các cầu treo dây văng, dây võng, ở
nước ta cũng đã xây dựng các cây cầu với cơng nghệ EXTRADOSED, trong đó có cầu
Cửa Đại, tỉnh Quảng Ngãi vừa được khởi công xây dựng vào đầu năm 2018, bắt qua
sông Trà Khúc, tỉnh Quảng Ngãi. Để xây dựng được những cây cầu có quy mơ lớn
như vậy thì bên cạnh đó phải có hệ thống móng, trụ tháp với kích thước lớn. Trong q
trình đổ bê tông khối lớn, thường xảy ra hiện tượng nhiệt thủy hóa bê tơng, nghĩa là
khi bê tơng ninh kết chuyển từ thể lõng sang thể rắn, do sự thủy hóa của xi măng, một
lượng nhiệt lớn sinh ra làm cho nhiệt độ bê tông tăng lên, sự chênh lệch nhiệt độ lớn so
với bên ngoài, gây nên ứng suất nhiệt làm nứt nẻ bê tông, ảnh hưởng lớn đến chất
lượng của cơng trình. Qua đó, câu hỏi đặt ra nhu cầu bức thiết là làm thế nào để biết
được quá trình phát sinh nhiệt thủy hóa trong bê tơng khối lớn, từ đó tránh xảy ra
những hiện tượng nứt nẻ bê tông khi đổ bê tông. Đồng thời, việc nghiên cứu nhiệt thủy
hóa trong bê tơng cịn là cơ sở để đề xuất các biện pháp đối phó để nâng cao chất
lượng cơng trình. Do đó, việc nghiên cứu ứng xử của bê tơng do nhiệt thủy hóa gây ra
trong thi cơng tháp cầu, phân tích các đặc điểm ứng suất, nhiệt độ, chuyển vị của bê
tông trụ tháp cầu là có cơ sở và ý nghĩa thiết thực. Đặc biệt, cầu Cửa Đại - tỉnh Quảng
Ngãi là một cầu lớn gồm 5 tháp với khối lượng bê tông là rất lớn, đặc biệt là lượng bê
tông cho bệ tháp. Do đó, việc tiến hành các phân tích nghiên cứu ứng xử của bê tông
tháp cầu Cửa Đại do nhiệt thủy hóa là hết sức cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu
a. Mục tiêu tổng quát
- Nghiên cứu quá trình nhiệt thủy hóa trong thi cơng trụ tháp cầu Cửa Đại, tỉnh
Quảng Ngãi. Đồng thời đưa ra và đánh giá các ứng xử về ứng suất, chuyển vị nứt so
với ứng suất cho phép của bê tông tháp cầu.

- Đề xuất biện pháp để giảm nhiệt độ bê tông trong trụ cầu sau khi đổ bê tông.
- Đưa ra kết luận và hướng phát triển của đề tài.
b. Mục tiêu cụ thể
- Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ, chuyển vị của bệ trụ tháp cầu.
- Đề xuất quan hệ ứng suất tính tốn so với ứng suất gây nứt (Crack ratio), các đồ thị.
- Các biện pháp hạn chế.


2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu: Nhiệt thủy hóa - tháp cầu Cửa Đại - Quảng Ngãi
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu đánh giá các tác động của nhiệt thủy hóa trong
q trình đổ bê tông tháp cầu.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu và phát triển lý thuyết phục vụ đề tài.
- Mơ hình kết cấu tháp cầu bằng phần tử tấm và khối trong phần mềm Midas.
5. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
- Xác định được sự ảnh hưởng của nhiệt thủy hóa đến các ứng xử của Tháp cầu
Cửa Đại - Quảng Ngãi.
- Xác định thay đổi nhiệt độ và ứng suất trong q trình đơng cứng bê tông.
- Đưa ra các khuyến cáo về tác động của nhiệt thủy hóa đến bê tơng khối lớn
trong thi công Tháp cầu Cửa Đại- Quảng Ngãi.
6. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn gồm 3 chương:
Chương 1. Giới thiệu Tổng quan đề tài.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính tốn tác động của nhiệt thủy hóa.
Chương 3. Phân tích các ảnh hưởng của nhiệt thủy hóa đến thi cơng tháp cầu Cửa
Đại, tỉnh Quảng Ngãi.



3

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Tổng quan về Cầu Cửa Đại – tỉnh Quảng Ngãi
Cầu Cửa Đại nằm trong quy hoạch tuyến đường ven biển Việt Nam đã được Thủ
tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 129/QĐ-TTg ngày 18/01/2010. Đây là
cơng trình quan trọng kết nối giao thông của khu vực ven biển các tỉnh, thành phố
trong khu vực Vùng kinh tế trọng điểm miền Trung; khơng chỉ góp phần khai thác có
hiệu quả tài ngun biển và vùng ven biển mà còn tăng cường củng cố quốc phòng, an
ninh nhằm bảo vệ vững chắc chủ quyền biển đảo của đất nước;
Mặt khác, cầu Cửa Đại được đầu tư xây dựng sẽ góp phần quan trọng vào việc
mở rộng không gian đô thị, là điểm nhấn về kiến trúc bố trí khơng gian của thành phố
Quảng Ngãi trong tương lai với mục tiêu xây dựng thành phố Quảng Ngãi mở rộng
thành “thành phố hướng biển”;
Vì vậy, việc đầu tư xây dựng cầu Cửa Đại là hết sức cần thiết, có ý nghĩa đặc biệt
quan trọng trong việc thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội khu vực ven biển tỉnh Quảng
Ngãi, kết nối và phát triển vùng ven biển duyên hải miền Trung, phân luồng giao
thông, giảm áp lực cho Quốc lộ 1, giữ vững quốc phịng, an ninh biển đảo; tạo điều
kiện lưu thơng thuận lợi, rút ngắn thời gian đi lại của nhân dân;
Dự án Đầu tư xây dựng cơng trình cầu Cửa Đại đã được UBND tỉnh Quảng Ngãi
phê duyệt tại quyết định số 468/QĐ-UBND ngày 20/03/2017.
Hiện nay, Cầu Cửa Đại, tỉnh Quảng Ngãi được khởi công xây dựng vào đầu năm
2018, bắt qua sông Trà Khúc, tỉnh Quảng Ngãi. Để xây dựng được những cây cầu có quy
mơ lớn như vậy thì bên cạnh đó phải có hệ thống móng, trụ tháp với kích thước lớn.
- Các thơng số kỹ thuật của cầu:
Nguyên tắc thiết kế
Tuân thủ qui mô và tiêu chuẩn kỹ thuật trong bước Dự án đầu tư đã được phê

duyệt. Vị trí cầu phù hợp với quy hoạch đã được duyệt của tỉnh Quảng Ngãi.
Cơng trình thiết kế với tuổi thọ 100 năm, có kết cấu thanh thốt phù hợp với quy
mô của tuyến đường và cảnh quan kiến trúc xung quanh.
Đáp ứng được các yêu cầu quy hoạch phát triển tương lai của đô thị, thuỷ lợi,
môi trường, dân sinh…..
Ít ảnh hưởng đến dân sinh. Đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho các
cơng trình lân cận.


4

Phát huy được khả năng và sử dụng các thiết bị thi công của các đơn vị trong
nước, đồng thời áp dụng hợp lý các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong xây dựng cơng
trình giao thơng.
Đảm bảo u cầu thẩm mỹ kiến trúc cơng trình. Có các chỉ tiêu kinh tế hợp lý.
Đảm bảo thốt lũ tính tốn với tần suất 1%, khơng gây ngập cầu, đảm bảo an
tồn không gây ngập các khu dân cư.
Giải pháp thiết kế
Căn cứ quyết định phê duyệt dự án đầu tư, quy mô đầu tư xây dựng cầu được
hoạch định như sau:
Bố trí chung tồn cầu:
Cầu gồm 37 nhịp bố trí từ phía đầu tuyến sang cuối tuyến theo sơ đồ như sau:
(39+4x40) + (6x40) + (5x40+39) + (75+4x120+75) + (39+4x40) + (5x40) +
(3x40+39)m. Chiều dài toàn cầu Lc= 1876.8m.
Đoạn đầu cầu (phía mố M0) dốc dọc i=3%, tiếp tuyến đường cong đứng
R=6000m, tiếp theo tiếp dốc i=2% để tiếp tuyến với đường cong đứng giữa cầu
R=5000m. Trắc ngang cầu phía cuối tuyến được thiết kế đối xứng qua tim cầu về phía
mố M37. Dốc ngang cầu in=2% về 2 phía.
TT


Hạng mục

Mặt cắt ngang (m)
Cầu dẫn

Cầu chính

1

Phần xe chạy

4x3,5=14,0

4x3,5=14,0

2

Lề bộ hành

2x1,5=3,0

2x1,5=3,0

3

Dải phân cách cứng giữa cầu

0,5

2,5


4

Dải an toàn hai bên phân cách giữa cầu

2x0,5=1,0

2x0,5=1,0

5

Dải an toàn hai bên lề bộ hành khác mức

2x0,5=1,0

2x0,5=1,0

6

Bờ bo lan can hai bên

2x0,25=0,5

2x0,25=0,5

B=20,0

B=22,0

Tổng cộng


Kết cấu phần trên
Toàn cầu gồm 01 liên dầm EXTRADOSED 6 nhịp và 31 nhịp dẫn giản đơn
super T bằng BTCT DƯL.


5

Phần cầu chính:

Liên nhịp dầm EXTRADOSED 6 nhịp bằng BTCT DƯL sơ đồ (75+4x120+75)m
chiều cao dầm thay đổi h=4,0m trên đỉnh trụ, h=2,4m tại giữa nhịp và đầu dầm.
Mặt cắt ngang dạng hộp kép, thành hộp xiên, bề rộng mặt cầu b=22,0m, đoạn đầu
dầm được thiết kế cắt ngắn bản cánh để vuốt nối với bề rộng cầu dẫn b=20,0m.
Hệ dây văng
Mỗi trụ tháp gồm 9 cặp bó cáp dây văng (tổng số 18 bó cáp đơn bố trí thành 2
mặt phẳng dây). Các bó cáp dây văng được thiết kế chiều dài liên tục để liên kết các
khối dầm đối xứng qua thân trụ thông qua hệ yên ngựa đặt trên đỉnh trụ tháp.
Mỗi bó cáp gồm 19 tao cáp song song.
Hệ thống bó cáp dây văng và các phụ kiện kèm theo được nhập ngoại đồng bộ.
Phần cầu dẫn:
Các nhịp dầm dẫn bằng BTCT DƯL giản đơn tiết diện Super T, L=38,0m, mặt
cắt ngang gồm 9 phiến dầm chủ đặt cách nhau a=2,2m, chiều cao dầm h=1,75m. Liên
kết các phiến dầm bằng bản BTCT mặt cầu đổ tại chỗ dày tối thiểu 17,5cm.
Tổng bề rộng mặt cầu B=20,0m, nhịp dầm tiếp giáp phần cầu chính được vuốt
nối êm thuận với phần cầu chính B=22m.
Các nhịp dầm được chia thành các chuỗi liên tục nhiệt bản mặt cầu để tạo êm
thuận.
Kết cấu phần dưới
Mố M0 dạng thân đặc bằng BTCT đổ tại chỗ, móng cọc khoan nhồi D=1,2m.

Mố M37 tiếp giáp tường chắn hộp, dạng thân đặc bằng BTCT đổ tại chỗ, móng
cọc khoan nhồi D=1,2m.
Trụ cầu dẫn: Dạng thân hẹp bằng BTCT, xà mũ trụ được thiết kế DƯL, móng
cọc khoan nhồi D=1,2m.
Trụ cầu chính gồm 2 loại:
Trụ T18, T22: Dạng trụ đặt gối, đoạn dưới thân đặc bằng BTCT phía trên đỉnh
thiết kế loe để đỡ gối cầu. Phần cột tháp phía trên bằng BTCT được ngàm cứng với
khối đỉnh trụ và được thiết kế cách điệu hình ngọn đuốc tạo mỹ quan với chiều cao
20m (tính từ đỉnh mặt cầu), móng cọc khoan nhồi D=1.5m.
Trụ T19, T20, T21: Được thiết kế ngàm cứng với hệ dầm liên tục, kiểu dáng trụ
giống như trụ T18, T22. Phần cột tháp phía trên bằng BTCT bố trí tại giữa mặt cắt


6

ngang cầu, được ngàm cứng với khối đỉnh trụ và được thiết kế cách điệu hình ngọn
đuốc tạo mỹ quan với chiều cao 20m (tính từ đỉnh mặt cầu), móng cọc khoan nhồi
D=1.5m.
Kết cấu tường chắn sau đuôi mố
Sau đuôi mố sử dụng tường chắn hộp chiều dài L=~45m được chia làm 3 đốt mỗi
đốt có chiều dài L=15m, tiếp theo dự kiến thiết kế tường chắn chữ L chắn đất hai bên
vuốt nối hài hòa với khu vực đảo xoay.
Kết cấu tường chắn bằng BTCT đổ tại chỗ, móng sử dụng cọc BTCT tiết diện
(35x35)cm. Chiều dài cọc dự kiến L=15m, chiều dài chính thức sẽ được quyết định tại
hiện trường sau khi có kết quả đóng thử cọc.
1.2. Nhiệt thủy hóa trong bê tơng khối lớn
Kết cấu bê tơng khối lớn có thể tích tụ nhiệt thủy hóa xi măng đủ lớn để gây nên
sự thay đổi đáng kể thể tích bê tơng trong q trình đóng rắn. Sự thay đổi thể tích
khơng đều sẽ tạo ra ứng suất kéo trong khối bê tông và khi ứng suất này vượt q giới
hạn kéo thì bê tơng sẽ bị nứt. Sự thay đổi thể tích này phát sinh từ các yếu tố như: q

trình co khơ do mất nước, co nở nhiệt của bê tông không đều do sự chênh lệch nhiệt độ
ΔT giữa các phần của khối bê tơng. Vì vậy, việc chống nứt nhiệt cho bê tơng khối lớn
chính là việc kiểm sốt được sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong khối bê tơng.
Sự hình thành và phân bố trường nhiệt độ trong bê tông khối lớn về cơ bản phụ
thuộc vào các yếu tố nội tại của bê tông cũng như các yếu tố bên ngồi liên quan đến
mơi trường và cơng nghệ thi cơng. Các yếu tố nội tại của bê tơng có thể kể đến: số
lượng phần tử; loại phần tử (dạng tam giác, chữ nhật); thông số về nhiệt của vật liệu;
loại và hàm lượng xi măng; các tính chất về nhiệt của nguyên vật liệu; nhiệt độ bê tông
khi đổ; nhiệt dung riêng của bê tông; tốc độ tỏa nhiệt; hình dạng, kích thước kết cấu;
cấp phối bê tơng. Các yếu tố bên ngồi khối bê tơng là các điều kiện biên như: các
thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió…); phương pháp bảo dưỡng bê tơng;
ràng buộc về nhiệt của khối bê tông với các mặt tiếp xúc (ván khuôn, nền đất); các giá
trị về nhiệt tại mặt thống của khối bê tơng; hệ số trao đổi nhiệt. Trong thi cơng các
cơng trình xây dựng giao thơng hiện nay có nhiều kết cấu có khối tích rất lớn như bệ
móng,trụ tháp, thân trụ, thân mố… Với những kết cấu này lượng nhiệt thủy hóa xi
măng rất lớn, mặt khác sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong lịng khối bê tơng khá
phức tạp. Tuy nhiên, việc xác định trường nhiệt độ, ứng suất của những kết cấu này là
rất khó khăn, do số lượng phần tử, số biến và các thông số về điều kiện biên khá lớn.
Trong đề tài này giới thiệu kết quả phân tích trường nhiệt độ và ứng suất trong
q trình thủy hóa xi măng của kết cấu bê tơng khối lớn bằng phương pháp phần tử
hữu hạn. Các giá trị tính tốn về vật liệu, các điều kiện biên và mơ hình được xác lập


7

theo các quy phạm hiện hành cũng như tham khảo thực nghiệm. Kết quả tính tốn
được phân tích và so sánh với kết quả thực nghiệm. Từ đó có thể kiểm tra lại các thông
số thiết kế (cấp phối bê tông, nhiệt độ bê tông khi đổ, phương pháp và thời gian bảo
dưỡng…) để đưa ra các điều chỉnh hợp lý về vật liệu và giải pháp thi công nhằm kiểm
sốt nứt, đảm bảo chất lượng kết cấu bê tơng khối lớn.

1.2.1. Các yếu tố gây nứt bê tông khối lớn
1.2.1.1. Nứt do chênh lệch nhiệt độ
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 305:2004 thì có 2 điều kiện sau đây làm
cho bê tông bị nứt do hiệu ứng nhiệt thuỷ hố xi măng trong bê tơng:
Độ chênh nhiệt độ  T > 200C - Điều kiện cần
Môdun độ chênh nhiệt độ M T ≥ 500C/m - Điều kiện đủ
Ý nghĩa của 2 điều kiện này như sau:
- Khi khơng có điều kiện cần: Bê tơng khơng nứt.
- Khi có điều kiện cần: Bê tơng có thể nứt, có thể khơng.
- Khi có cả điều kiện cần và điều kiện đủ: bê tơng nhất định nứt.
Vậy để khơng bị nứt thì ta cần loại trừ điều kiện cần, nghĩa là làm sao cho có
 T < 200C .

Điều kiện cần  T > 200C được hiểu là chênh lệch nhiệt độ giữa các phần trong
bê tông và chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt bê tơng với khơng khí bên ngồi.
Điều kiện đủ M T được mô tả bằng:
M T = tg  =

ta−tb
a

=

T
a

Trong đó: a là khoảng cách giữa 2 điểm a và b có chênh lệch độ  T
Đưa các giá trị  T = 200C và =500C/m vào biểu thức ta có:
MT = 50 =


20
a

 a = 0,4m

Nghĩa là, trong giai đoạn nâng nhiệt, bê tông khối lớn chỉ chịu ứng suất kéo
do chênh lệch nhiệt độ giữa các phần của khối bê tông trong phạm vi 0,4m xung
quanh mặt ngồi. Ở phía trong nhiệt độ các phần của bê tông trong giai đoạn nâng
nhiệt không chênh lệch lớn vì đã có lớp bê tơng 0,4m này bao bọc giữ nhiệt rồi (vì


8

vậy đối với kết cấu khối lớn, người ta chỉ cần đặt cốt thép chống nứt cho xung
quanh mặt ngoài bê tơng trong phạm vi 0,4 - 0,5m ). Ngồi ra ứng suất kéo còn
phát sinh do chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt bê tơng với khơng khí bên ngồi.
Đối với các vết nứt thì yếu tố T nên quan niệm là chênh lệch giữa nhiệt độ bề mặt
bê tơng với nhiệt độ khơng khí bên ngồi và nhiệt độ bề mặt bê tông với nhiệt độ của
điểm cách mặt bê tông khoảng 0,4 - 0,5m.
Trong giai đoạn nâng nhiệt, bê tơng chỉ có nứt mặt. Trong giai đoạn hạ nhiệt, có
thể có nứt mặt và xuyên (nứt kết cấu).
1.2.1.2. Nứt do co khô
Biến dạng co  c trên bề mặt bê tông khi nước trong bê tông bốc hơi một khi bị
kìm giữ sẽ sinh ra ứng suất kéo trong khối bê tông. Khi ứng suất này vượt q giới hạn
cường độ kéo của bê tơng thì bê tông sẽ bị nứt. Các vết nứt này thường xuất hiện trên
bề mặt bê tông bị bốc hơi. Yếu tố co khô cần được quan tâm cho bê tông các đập khối
lớn ở những vị trí bề mặt bị bóc lộ nhiều ngày. Yếu tố này phụ thuộc vào điều kiện khí
hậu địa phương (như bức xạ mặt trời, nhiệt độ khơng khí, độ ẩm khơng khí, tốc độ gió,
lượng mưa...). Vết nứt ở đây là vết nứt mặt.
Theo kinh nghiệm thì q trình co khơ của bê tơng trong điều kiện khí hậu nóng

ẩm Việt Nam thường kéo dài trong 5 - 6 tháng đầu đóng rắn của bê tơng. Sau đó co
khơ ổn định ở một giá trị tương đối và tiếp theo chỉ biến thiên co nở theo thời tiết,
giống như nhịp thở hàng ngày của kết cấu, giá trị  c tăng thêm không nhiều. Giá trị co
khô ổn định đo được thường là  c = 0,1 – 0,4mm/m tuỳ theo loại bê tông và điều kiện
khí hậu. Giá trị co khơ bị kìm giữ  , theo nghiên cứu của tác giả, trong điều kiện khí
hậu Việt Nam có thể gây nứt mặt bê tơng như sau:
Nứt mặt

Nứt xun

Hình 1.1. Sơ đồ vết nứt đập bê tơng
Loại hình kết cấu
Kết cấu chịu bức xạ mặt trời trực tiếp
- Bê tông không cốt thép
- Bê tông cốt thép
Kết cấu không chịu bức xạ mặt trời trực tiếp
- Bê tông không cốt thép
- Bê tông cốt thép

Khoảng cách khe tối đa
Khe giãn, Lmax
Khe Co,
Imax
9
35

9

18
50


9


9
 < 0,1 mm/m - không nứt
 = 0,1~ 0,2 mm/m - có thể nứt, có thể khơng nứt

 > 0,2 mm/m - nứt

Vấn đề là phải xác định được giá trị  này. Ở hiện trường, việc xác định này khó
làm, nên có thể hạn chế  bằng việc thực hiện quy định của TCXDVN313:2004 về
đặt khe co giãn nhiệt ẩm cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
1.2.1.3. Nứt do thay đổi nhiệt độ môi trường
Nhiệt độ khơng khí nóng lạnh thay đổi theo chu kỳ ngày đêm và theo mùa đã làm
cho lớp bề mặt bê tông co nở thường xuyên, phát sinh ứng suất kéo. Yếu tố này
thường tác dụng đối với các kết cấu có tuổi thiết kế mác bê tơng sau 3, 6 tháng hoặc 1
năm, đặc biệt có qua thời kỳ mùa Đơng, có chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm khá
cao. Vết nứt trong trường hợp này là nứt mặt.
1.2.1.4. Nứt do mỏi
Bê tông chịu ứng suất kéo lặp nhiều chu kỳ theo sự thay đổi thường xuyên của
thời tiết, lâu ngày bị mỏi, sức kháng nứt kém, dẫn đến bị nứt mặt.
Như vậy để đánh giá nguyên nhân nứt bê tơng khối lớn thì cần quan tâm đến tất
cả các yếu tố gây nứt nêu trên.
1.2.2. Các giai đoạn nứt bê tông khối lớn
Các khối lớn bê tông, như các móng khối lớn, tường chắn đất, đập thuỷ điện...,
thường bị nứt khi chênh lệch nhiệt độ giữa các phần trong khối bê tông và chênh lệch
nhiệt độ giữa bề mặt bê tơng với khơng khí bên ngồi vượt quá 200C. Các vết nứt xuất
hiện ở các giai đoạn như sau:
- Giai đoạn nâng nhiệt: bê tông phát mạnh (do thuỷ hố xi măng) làm cho kết cấu

bê tơng nóng lên: Giai đoạn này kéo dài trong khoảng trên dưới 10 ngày đầu sau khi
đổ bê tông, bao gồm quá trình nâng nhiệt và giữ nhiệt trước khi nguội. Các vết nứt
trong giai đoạn này thường là vết nứt mặt, sâu vào khoảng vài chục centimet, với các
đập lớn có khi tới hàng mét, và khơng gây nguy hiểm về khả năng chịu lực của cơng
trình.
- Giai đoạn hạ nhiệt: bê tông kết cấu nguội dần, tiếp ngay sau giai đoạn nâng
nhiệt. Giai đoạn này có thể kéo dài nhiều ngày cho đến nhiều năm sau tuỳ theo khối
tích kết cấu bê tơng. Kết cấu khơng lớn lắm thì nguội nhanh, kết cấu càng lớn thì nguội
càng chậm. Các đập lớn, có khối tích bê tơng hàng triệu mét khối, q trình nguội có
thể phải tính tới hàng chục năm. Các vết nứt trong giai đoạn này có thể có 2 loại: Nứt
mặt và nứt kết cấu. Trong đó nứt kết cấu là nứt có thể gây nguy hiểm cho cơng trình.
Các đập bê tơng khối lớn hiện nay thường sử dụng bê tông đầm lăn với hàm lượng xi
măng ít nhất để hạn chế nhiệt thuỷ hố của xi măng trong bê tông, nhưng việc xuất


10

hiện vết nứt trong bê tơng vẫn thường khó tránh khỏi. Khi có xuất hiện vết nứt thì cần
kiểm tra kỹ để xác định đó là nứt mặt hay nứt kết cấu (nứt xuyên). Từ đó đề ra giải
pháp sửa chữa.
- Giai đoạn tiếp nước: là lúc cho nước vào hồ chứa, bề mặt bê tông đập tiếp xúc
trực tiếp với nước lạnh, gây xung nhiệt, làm nứt bê tông. Vết nứt ở đây là vết nứt mặt.
Thông thường ở giai đoạn tiếp nước bê tông rất dễ nứt mặt, do đó cần có giải pháp kỹ
thuật để hạn chế vết nứt này. Thí dụ: Tiếp nước vào những ngày nắng nóng thì cần
tưới nước liên tục lên bề mặt thành đập để hạ thấp nhiệt độ bề mặt bê tông, hạn chế
chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt bê tơng và nhiệt độ nước dâng.
1.2.3. Biện pháp phịng chống nứt bê tông
Đối với kết cấu bê tông khối lớn thì biện pháp phịng chống nứt thường bao gồm:
- Hạn chế tốc độ phát nhiệt thuỷ hoá của xi măng trong bê tông .
- Loại bỏ điều kiện cần  T > 200C, nghĩa là luôn giữ cho  T < 200C .

- Hạn chế lượng co khô của bê tơng do bị bốc hơi trong q trình thi cơng.
1.2.3.1. Biện pháp hạn chế tốc độ phát nhiệt thuỷ hoá xi măng trong bê tông
Để hạn chế tốc độ phát nhiệt thuỷ hố của xi măng trong bê tơng ta cần làm
những việc sau đây:
- Hạn chế lượng dùng xi măng trong bê tơng: Cần phải tính tốn thành phần bê
tơng sao cho có lượng dùng xi măng ít nhất. Đối với các đập lớn, lượng xi măng
thường không quá 100 kg/m. Bê tơng đập thuỷ điện Sơn La có hàm lượng xi măng
không quá 60 kg/m là rất hiệu quả về mặt này.
- Dùng xi măng ít toả nhiệt: Đặt hàng chế tạo xi măng đặc chủng này khi cần. Đó
là loại xi măng có lượng nhiệt thuỷ hố sau 7 ngày đêm không quá 60 cal/g.
- Hạ nhiệt độ cốt liệu: Làm mát cốt liệu cát đá sỏi trước khi trộn bê tông như che
nắng, tưới nước làm mát, nhúng vào nước lạnh....
- Hạ thấp nhiệt độ hỗn hợp bê tông: Như dùng nước đã làm lạnh để trộn bê tông,
che nắng cho hỗn hợp bê tông trong quá trình vận chuyển tới nơi đổ. Đối với các cơng
trình khối lớn, nhiệt độ hỗn hợp bê tơng nên khống chế dưới 250C. Hỗn hợp bê tông
đầm lăn thi cơng ở đập thuỷ điện Sơn La được duy trì ở nhiệt độ 23 – 240C trước khi
đổ là phù hợp.
1.2.3.2. Biện pháp hạn chế độ chênh nhiệt độ  T
Có thể tiến hành các giải pháp sau đây để hạn chế  T:
- Bọc vật liệu cách nhiệt: Xung quanh và trên bề mặt khối đổ được bọc một lớp
vật liệu cách nhiệt. Lớp vật liệu này sẽ giữ nhiệt trong khối bê tông tương đối đồng
đều, làm cho giá trị  T luôn nhỏ hơn 200C. Tuy nhiên giải pháp này chỉ dùng cho
khối đổ có thể thi cơng xong trong 2 ngày đêm. Vì sau 2 ngày đêm nhiệt thuỷ hoá của


11

xi măng phát rất mạnh, nhiệt độ bê tông đã khá cao, bê tơng có thể bị nứt trước khi bọc
vật liệu cách nhiệt.
- Đưa nhiệt độ bê tông ra ngồi: Đặt một dàn ống nước trong lịng khối bê tơng.

Trong q trình bê tơng toả nhiệt thì bơm nước qua hệ thống ống này để đưa nhiệt ra
ngoài, giữ sao cho T ln nhỏ hơn 200C. Sau đó bơm vữa xi măng cát vào lấp đầy
ống. Biện pháp này thích hợp cho những cơng trình nằm gần nguồn nước như sông,
hồ, ao. Biện pháp đơn giản là cắm vào khối đổ một số ống thép Φ15-20 rồi liên tục
nhồi đá vào trong những ngày đầu đóng rắn của bê tơng để lơi nước nóng trong lịng
bê tơng tràn ra ngồi. Khi tiến hành đưa nhiệt độ bê tơng ra ngồi thì nhất thiết phải
liên tục kiểm sốt diễn biến nhiệt độ trong các phần của khối bê tông.
- Chia nhỏ khối đổ: Kết cấu khối lớn được chia thành nhiều khối nhỏ để đổ bê
tông, như vậy sẽ không cịn là khối lớn nữa. Ví dụ, một móng xi lô nhà máy xi măng
được chia thành 11 múi đổ trong q trình thi cơng.
1.2.3.3. Biện pháp hạn chế co khô của bê tông
Co khô xảy ra khi bề mặt bê tơng bị bóc lộ trong thời gian dài. Dưới tác động của
các yếu tố khí hậu nóng ẩm, nước trong bê tông bốc hơi làm cho bê tông bị co lại. Khi
q trình co khơng được thực hiện hết do bị kìm giữ thì sẽ sinh ra ứng suất kéo trong
lịng bê tơng. Khi ứng suất này vượt q giới hạn cường độ kéo của bê tơng thì bê tông
sẽ nứt. Vết nứt này là vết nứt mặt.
Để hạn chế co khơ thì phải giữ cho bề mặt bê tơng khơng bị bóc lộ dài ngày.
Thơng thường người ta phủ vật liệu như bao tải, cát trên bề mặt bê tông và tưới nước
để giữ cho bê tông không bị mất nước mà vẫn liên tục lôi nhiệt trong lịng khối đổ ra
ngồi. Cần đúc mẫu theo dõi q trình co khơ dưới tác động của các yếu tố khí hậu
trong khoảng thời gian 5 - 6 tháng.
1.2.3.4. Biện pháp hạn chế bề mặt bê tơng bị sốc nhiệt
Đó là trường hợp cơng trình bê tơng được thi cơng trong thời gian mùa đơng.
Chênh lệch nhiệt độ khơng khí giữa ngày và đêm rất lớn, gây cho bề mặt bê tông bị
sốc nhiệt, sinh ứng suất kéo làm nứt mặt bê tông. Khi chu kỳ thay đổi nhiệt diễn ra
nhiều lần thì bê tơng có thể bị mỏi, cũng càng dễ dẫn đến nứt mặt. Vấn đề này thường
được quan tâm đối với các cơng trình xây dựng ở vùng núi vào mùa đơng, nơi có nhiệt
độ ban đêm rất thấp.
Để hạn chế tình trạng này, người ta phủ vật liệu trên bề mặt bê tông và tưới nước.
Như vậy bề mặt bê tông sẽ không tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ môi trường xung

quanh.


12

1.2.3.5. Kiểm sốt nhiệt độ bê tơng trong thi cơng
Khi thực hiện các giải pháp chống nứt nêu trên thì nhất thiết phải đặt đầu đo để
kiểm soát diễn biến nhiệt độ các phần trong bê tông. Cần vẽ được đồ thị diễn biến
nhiệt độ theo thời gian tại tâm, tại bề mặt, điểm sâu vào 40 - 50 cm, và tại một số điểm
trong khối đổ từ tâm ra ngồi biên. Trên cơ sở biểu đồ này sẽ tính được giá trị T và
MT nêu trên.
1.2.3.6. Giải pháp cấu kiện bê tông khối lớn
Trong các cấu kiện bê tông khối lớn, nhiệt thủy hóa của xi măng tại tâm khối đổ
sẽ tăng đột biến. Trong q trình đóng rắn, nhiệt độ này có thể lên đến 85 oC - 100oC
đối với các khối đổ có chiều dày lớn nếu sử dụng xi măng thơng thường. Khi bê tơng
đã đóng rắn thì nhiệt độ trong lịng khối đổ giảm dần, sự chênh lệch nhiệt độ trong
lịng khối bê tơng tạo ra ứng suất nội trong cấu kiện, gây ra các vết nứt nhiệt.
Nhiệt độ tăng cao tại tâm khối đổ gây ra ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc khối bê
tơng:
• Nhiệt độ trên 70oC sẽ có khả năng xảy ra hiện tượng trì hỗn sự hình thành
khống Ettringite (DEF- Delayed Ettingite Formation) trong khối bê tông, dẫn đến các
vết nứt trong cấu kiện bê tơng trong thời gian dài.
• Nhiệt độ của khối bê tông cao (đặc biệt là cao hơn 70oC) sẽ làm giảm cường độ
của bê tông ở 28 ngày.
Để giảm thiểu các rủi ro này, các biện pháp đặc biệt sau cần được tiến hành:
• Giới hạn nhiệt độ chênh lệch tối đa T < 20oC hoặc giới hạn gradient nhiệt độ
tối đa giữa 2 điểm trong khối đổ T/m < 50oC (TCVN 305:2004).
• Giới hạn nhiệt độ tối đa trong tâm khối đổ Tmax < 70oC.
• Việc sử dụng các loại vật liệu bảo ơn bên trong ván khuôn giúp giữ nhiệt tại bề
mặt khối đổ và làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ. Nên giữ ván khuôn trong vài ngày

cho đến khi T < 200C.
• Tháo ván khn q sớm sẽ làm cho bề mặt bê tơng bị làm lạnh nhanh và bị
nứt.
• Phương pháp này cần được suy xét áp dụng khi bề dày khối đổ > 1.5m.
Đối với các cấu kiện bê tơng đặc biệt, các u cầu này có thể được áp dụng đối với
khối đổ có chiều dày > 1m, khi các vết nứt nhiệt có thể gây ra những hư hao lớn cho
cơng trình (Ví dụ: kết cấu đường hầm, kho chứa gas…).
Xi măng cho kết cấu bê tông khối lớn:
Để kiểm soát sự phát triển nhiệt độ trong cấu kiện bê tông khối lớn, các loại xi
măng đặc biệt với nhiệt thủy hóa thấp được sử dụng như:
• TCVN 7712:2013


13

• ASTM C1157 – LH (nhiệt thủy hóa thấp)
• BS-EN – loại ít tỏa nhiệt
Tiêu chuẩn Châu Âu EN sử dụng phương pháp thí nghiệm xác định nhiệt thủy
hóa khác so với tiêu chuẩn ASTM - Phương pháp thí nghiệm xác định nhiệt thủy hóa
theo EN khơng sẵn có tại các phịng thí nghiệm ở Việt Nam.
Bê tơng cho kết cấu khối lớn:
Để đạt được giới hạn nhiệt độ trong kết cấu bê tơng khối lớn, một vài thơng số
đóng vai trò ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng, cần phải tiến hành xác định như:
• Nhiệt thủy hóa của xi măng
• Cường độ u cầu của bê tơng, quyết định cấp phối sử dụng (bao gồm hàm
lượng xi măng sử dụng).
Chiều dày của khối đổ Cấp phối bê tông có thể được tối ưu hóa như sau:
• Tối ưu hàm lượng xi măng bằng cách sử dụng thêm các loại phụ gia siêu hóa
dẻo.
• Sử dụng cốt liệu có kích thước lớn hơn.

• u cầu cường độ của bê tơng ở tuổi 56 ngày thay vì 28 ngày.

Hình 1.2. Sự phát triển của nhiệt thuỷ hố trong lịng bê tơng khối lớn có thể dẫn
đến nứt vì nhiệt
Nhiệt độ của bê tơng tươi nên được hạ thấp nhất có thể. Tại miền Trung Việt
Nam, nhiệt độ cao nhất của bê tơng tươi có thể kiểm sốt ở 30 – 32oC bằng cách:
• Che chắn cốt liệu để giảm nhiệt độ của chúng.
• Tưới ẩm cho cốt liệu thường xuyên.


14

• Sử dụng hệ thống làm lạnh nước hoặc kết hợp với nước đá
Trước khi tiến hành thi công khối đổ bê tông, can tiến hành làm khối đổ thử với
chiều dày bằng với khối đổ thực tế. Để kiểm tra sự thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật,
khối đổ thử này được bảo dưỡng cách nhiệt các mặt (tối thiểu là 5cm) sao cho tương tự
với khối đổ thực tế.
Sau khi thi công khối đổ, các biện pháp bảo dưỡng che chắn bằng các vật liệu
cách nhiệt (tối thiểu 5cm) là rất cần thiết để giảm thiểu sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề
mặt và tâm khối đổ. Bảo dưỡng bằng cách tưới nước khơng được sử dụng vì sẽ làm
mất nhiệt tại bề mặt khối đổ.
Trong suốt quá trình đóng rắn, nhiệt độ của khối đổ bê tơng phải được theo dõi
mỗi giờ trong vịng ít nhất 3 ngày. Để theo dõi nhiệt độ khối đổ có thể lắp đặt hệ thống
đầu đo nhiệt độ tại các vị trí khác nhau trong khối đổ.
1.2.4. Các lưu ý hạn chế nứt trong thi công bê tông khối lớn
1.2.4.1. Trong thiết kế
Khi kết cấu có kích thước vượt q giới hạn trên phải có giải pháp phịng ngừa
nứt BT ngay từ trong khâu thiết kế:
- Khi a và h đến 1m: không cần cấu tạo cốt thép chống nứt BT;
- Khi a và h đến 2m: nên có cấu thạo cốt thép chống nứt BT;

- Khi a và h trên 2m: Cần có thiết kế cốt thép chống nứt.
1.2.4.2. Trong thi công
Một số biện pháp kỹ thuật hạn chế tốc độ phát triển nhiệt thuỷ hóa của xi măng
và chênh lệch nhiệt độ ∆T trong thi công kết cấu BT khối lớn như sau:
a. Biện pháp hạn chế tốc độ phát nhiệt thuỷ hoá của xi măng trong BT
- Hạn chế lượng dùng xi măng: Hạn chế lượng dùng xi măng bằng cách thiết kế
thành phần BT có độ sụt nhỏ nhất tới mức có thể, sử dụng phụ gia để giảm nước trộn
BT, sử dụng xi măng có mác thích hợp với mác bê tơng theo hướng mác xi măng càng
cao, lượng xi măng dùng càng ít, tăng hàm lượng cốt liệu lớn đến mức tối đa để giảm
lượng hồ xi măng trong bê tông, dùng BT đầm lăn.
- Làm mát để khống chế nhiệt độ: tiêu chuẩn quy định Nhiệt độ hỗn hợp BT
trước khi đổ được làm mát khống chế không cao hơn 25oC. Tuy nhiên, trong Tiêu
chuẩn cho phép nhiệt độ hỗn hợp bê tông trước khi đổ cao hơn: Nhiệt độ hỗn hợp BT
không nên vượt quá 35oC. Nên giữ ở dưới 30oC. Để đạt được nhiệt độ này, nhất là vào
mùa hè nắng nóng, phải có biện pháp hạ nhiệt độ các vật liệu thành phần của BT và
nước, và che đậy bảo vệ hỗn hợp BT trước khi đổ như:
+ Che nắng kho chứa cốt liệu khỏi tác động trực tiếp của bức xạ mặt trời;


15

+ Phun nước lên đá dăm, sỏi để giữ ướt bề mặt tạo cơ chế nước bay hơi làm hạ
nhiệt độ vật liệu;
+ Làm lạnh cát bằng dòng nước lạnh chạy qua hộc chứa cát để hạ nhiệt độ cát
trước khi trộn;
+ Nhúng đá dăm sỏi vào nước lạnh;
+ Phun nước lạnh lên cốt liệu chạy trên băng chuyền trước khi vào máy trộn;
+ Làm lạnh cát hoặc đá sỏi bằng cách tạo chân không.v.v..
- Hạ thấp nhiệt độ nước trộn BT:
+ Sử dụng nước đá ở dạng cục được đập nhỏ hoặc viên chế sẵn thay nước trộn

BT.
+ Làm lạnh nước bằng cách bơm chất nitrogen lỏng ở nhiệt độ - 196oC qua hệ
thống ống ngâm trong thùng chứa nước trước khi sử dụng để trộn BT.
- Che chắn nắng khi vận chuyển hỗn hợp BT: Hỗn hợp BT trong ống bơm hay
trên băng chuyền hoặc trong thùng vận chuyển bằng cẩu vào mùa hè cần được che đậy
để tránh tác động trực tiếp của bức xạ mặt trời, làm nóng hỗn hợp BT trước khi đổ.
- Giữ độ sụt ổn định: Dưới tác động của các yếu tố khí hậu nóng ẩm, nhất là ở
những vùng và những mùa có khí hậu khơ nóng, có gió Lào phải hạn chế tổn thất độ
sụt bằng cách dùng phụ gia hố dẻo chậm ninh kết. Thời gian chờ bê tơng khơng nên
q 1,5 giờ. Nếu lâu hơn thì phải có biện pháp trộn lại nhưng không được quá 4 giờ.
b. Biện pháp hạn chế độ chênh lệch nhiệt độ khối BT
Độ chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các phần của khối BT là nguyên nhân chủ yếu
gây nên hiệu ứng nhiệt làm nứt BT. Các biện pháp kỹ thuật sau đây có thể làm giảm
độ chênh lệch nhiệt độ ∆T của khối BT trong những ngày đầu đóng cứng rắn:
- Đưa nhiệt trong khối BT ra ngoài: Đưa nhiệt trong khối BT ra ngồi bằng cách
đặt một dàn ống thốt nhiệt bằng kim loại trong lịng khối đổ. Sau đó bơm nước lạnh
chảy qua dàn ống để đưa nhiệt trong khối đổ ra ngồi. Để tính tốn dàn ống thốt nhiệt
có thể tham khảo các chỉ dẫn kỹ thuật sau đây:
+ Dùng ống thép có đường kính 20-30mm, thành ống dày 1,5mm, kích thước dàn
ống được xác định trên cơ sở kích thước khối BT cần thốt nhiệt.
+ Dùng nước lạnh tự nhiên từ mạng cấp nước thành phố hoặc nước sông, hồ hoặc
nước đã được làm lạnh trước để cấp cho dàn ống.
+ Tốc độ bơm nước qua dàn cần đạt 15-17 l/phút.
+ Thông thường nhiệt độ nước cấp có thể để ở nhiệt độ khơng khí tự nhiên. Đối
với những cơng trình cần dùng nước đã được làm lạnh trước khi nhiệt độ nước cấp vào
dàn ống có thể để ở khoảng trên 3oC. Khi cần nước lạnh hơn thì có thể dùng 70% nước


16


và 30% propylene glycol chất chống đóng băng, khi đó nhiệt độ nước cấp có thể thấp
ở mức 1oC.
+ Dàn ống thốt nhiệt được duy trì hoạt động liên tục trong thời gian 7 - 10 ngày,
tuỳ theo mức độ yêu cầu thoát nhiệt của dàn ống.
+ Sau khi kết thúc q trình thốt nhiệt khối BT, dàn ống thốt nhiệt được bơm
rửa sạch trong lòng ống, đuổi hết nước ra khỏi dàn ống và bơm ép vữa xi măng cát lấp
đầy tất cả các ống của dàn. Vữa xi măng cát có cường độ khơng thấp hơn cường độ
vữa trong BT. Khi vữa đã đóng rắn thì cắt bỏ các phần ống thừa ra ngoài khối BT.
- Chia nhỏ khối đổ để thi công: Đối với các khối BT có thể tích lớn, khơng thể thi
cơng xong trong thời gian ngắn, có thể chia khối đổ thành các phần nhỏ để thi công.
Các phần của khối đổ được chia với kích thước sao cho nó có một cạnh hoặc
chiều cao nhỏ hơn 2m. Kích thước khối chia có thể lớn hơn nếu kết cấu BT đã bố trí
cốt thép phịng chống nứt cho khối lớn.
Kích thước chia mỗi đợt đổ BT có chiều cao khơng q 1,5m. Mỗi đợt đổ BT
không kéo dài thời gian qua 2 ngày đêm.
- Thi công các phần của khối đổ: Chỉ bắt đầu thi công phần chia của khối BT của
các phần đổ trước có cạnh liền kề đạt tuổi khơng dưới 4 ngày đêm.
1.2.4.3. Các lưu ý trong công tác bảo dưỡng
1.2.4.3.1. Bọc khối BT bằng vật liệu cách nhiệt
Bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ để giữ cho nhiệt thuỷ hố của xi
măng khơng thốt ra ngồi, mà tích tụ trong khối BT và cân bằng nhiệt giữa vùng tâm
với vùng xung quanh khối đổ. Biện pháp này chỉ được áp dụng đối với các kết cấu BT
có khối tích cho phép đổ liên tục và thời gian không quá 2 ngày đêm. Vật liệu tấm
cách nhiệt được bọc áp sát mặt ngoài cốp pha thành trước lúc đổ BT. Cần có biện pháp
che chắn mặt ngồi để chống mưa làm ướt vật liệu cách nhiệt. Có thể dùng các vật liệu
cách nhiệt sau đây để bọc xung quanh thành khối đổ:
- Tấm xốp polystyrene hoặc polyurethane dày 4-5 cm, có khối lượng thể tích
khơng dưới 20kg/m3.
- Tấm bằng khống có chiều dày 7-10 cm.
1.2.4.3.2. Phủ kín mặt bằng vật liệu cách nhiệt

Sau khi hoàn thiện bề mặt BT cần nhanh chóng thực hiện việc phủ vật liệu cách
nhiệt lên bề mặt BT. Đầu tiên cần trải một lớp nilon polyethylene để ngăn nước trong
BT tiếp xúc với vật liệu cách nhiệt. Sau đó xếp ken các tấm vật liệu cách nhiệt, hoặc
trải các vật liệu rời cho đủ chiều cao yêu cầu và phủ kín bề mặt BT. Đối với vật liệu
rời thì nhât thiết phải có lớp che đậy ở phía trên như vải bạt, nilon... để giữ ổn định lớp


17

vật liệu này và chống mưa làm ướt chúng. Đối với vật liệu tấm thì có tuỳ tình hình thời
tiết có mưa hay khơng để giải quyết việc có cần che đậy phía trên hay khơng.
Đối với các khối đổ có diện tích bề mặt lớn, hồn thiện bề mặt BT đến đâu, tiến
hành phủ vật liệu cách nhiệt ngay đến đấy. Có thể dùng vật liệu cách nhiệt sau đây để
phủ bề mặt BT:
- Hạt polystyrene xốp với chiều dày khơng dưới 10cm.
- Trấu thóc với chiều dày khơng dưới 15cm.
1.2.4.3.3. Dỡ vật liệu cách nhiệt và cốp pha thành
Vật liệu cách nhiệt được dỡ khi BT đã có khơng ít hơn 5 ngày tuổi. Dỡ làm 2
bước: Đầu tiên dỡ bung các tấm vật liệu cách nhiệt ra nhưng chưa chuyển đi. Đối với
vật liệu rời thì tháo dỡ lớp nilon phía trên và xáo trộn lớp vật liệu rời. Ngày hôm sau
mới tháp dỡ vật liệu cách nhiệt chuyển ra khỏi khối BT cho cả thành và mặt BT.
Sau đó cốp pha thành được tháo bung ra khỏi mặt thành BT. Không dỡ vật liệu
cách nhiệt và cốp pha vào lúc trời mưa.
1.2.4.3.4. Chống xung nhiệt khi tháo dỡ cốp pha:
Để tránh tác động xung nhiệt cho lớp BT xung quanh phía ngồi khối đổ, việc
tháo dỡ cốp pha cần đảm bảo những yêu cầu sau đây:
- Chỉ tháo dỡ cốp pha thành khi BT đã có tuổi khơng ít hơn 5 ngày đêm;
- Tháo cốp pha làm 2 bước: Đầu tiên tháo bung thành cốp pha nhưng vẫn để cốp
pha tại chỗ. Sau một ngày đếm chuyển cốp pha đi.
1.2.4.4. Các lưu ý công tác kiểm tra

1.2.4.4.1. Kiểm tra trước khi đổ BT
Trước khi đổ BT cần thực hiện các nội dung kiểm tra sau đây:
- Tình trạng vật liệu xi măng trong BT;
- Biện pháp bảo vệ hỗn hợp BT che chắn nắng;
- Nhiệt độ hỗn hợp BT trước khi đổ;
- Tình trạng vật liệu cách nhiệt sẽ sử dụng;
- Biện pháp thi công chống nứt, chiều cao lớp đổ và đợt đổ;
- Tình trạng thiết bị thi công để đảm bảo thi công liên tục các lớp đổ và đợt đổ
theo mức thời gian quy định;
- Tình trạng cốp pha;
- Tình trạng lắp đặt hệ dàn ống thốt nhiệt nếu có và vận hành thử chúng;
- Chế độ bảo dưỡng bằng tưới nước sao cho thoát nhiệt nhanh;
- Biện pháp xử lý dàn ống thốt ra nhiệt khi kết thúc thi cơng;
- Biện pháp thi công bọc vật liệu cách nhiệt;
- Chất lượng bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ;


18

- Chất lượng lắp đặt hệ thống dàn ống thoát nhiệt nếu có và tình trang vận hành.
1.2.4.4.2. Kiểm tra sau khi đổ bê tông
Sau khi đổ BT cần thực hiện các nội dung kiểm tra sau:
- Chất lượng thi công bọc vật liệu cách nhiệt để giữ nhiệt khối đổ. Đặc biệt các
gờ cạnh và góc;
- Trình trạng bảo dưỡng bằng tưới nước đảm bảo thốt nhiệt nhanh;
- Tình trạng dỡ cốp pha và vật liệu cách nhiệt không gây xung nhiệt;
- Có xuất hiện vết nứt hay khơng sau khi tháp cốp pha và sau một vài ngày tiếp
theo;
- Chất lượng bê tông theo thiết kế;
- Chế độ vận hành hệ dàn ống thốt nhiệt nếu có;

- Diễn biến nhiệt độ, bê tông khối đổ;
- Chất lượng liền khối của khối đổ khi có chia nhỏ khối đổ.
1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu
Kết cấu bê tông khối lớn có thể tích tụ nhiệt thủy hóa xi măng đủ lớn để gây nên
sự thay đổi đáng kể thể tích bê tơng trong q trình đóng rắn. Sự thay đổi thể tích
khơng đều sẽ tạo ra ứng suất kéo trong khối bê tông và khi ứng suất này vượt quá giới
hạn kéo thì bê tơng sẽ bị nứt. Sự thay đổi thể tích này phát sinh từ các yếu tố như: q
trình co khơ do mất nước, co nở nhiệt của bê tông không đều do sự chênh lệch nhiệt độ
ΔT giữa các phần của khối bê tơng. Vì vậy, việc chống nứt nhiệt cho bê tơng khối lớn
chính là việc kiểm soát được sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong khối bê tơng.
Sự hình thành và phân bố trường nhiệt độ trong bê tông khối lớn về cơ bản phụ
thuộc vào các yếu tố nội tại của bê tơng cũng như các yếu tố bên ngồi liên quan đến
môi trường và công nghệ thi công. Các yếu tố nội tại của bê tơng có thể kể đến: số
lượng phần tử; loại phần tử (dạng tam giác, chữ nhật); thông số về nhiệt của vật liệu;
loại và hàm lượng xi măng; các tính chất về nhiệt của nguyên vật liệu; nhiệt độ bê tông
khi đổ; nhiệt dung riêng của bê tơng; tốc độ tỏa nhiệt; hình dạng, kích thước kết cấu;
cấp phối bê tông. Các yếu tố bên ngồi khối bê tơng là các điều kiện biên như: các
thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió…); phương pháp bảo dưỡng bê tơng;
ràng buộc về nhiệt của khối bê tông với các mặt tiếp xúc (ván khn, nền đất); các giá
trị về nhiệt tại mặt thống của khối bê tông; hệ số trao đổi nhiệt. Trong thi cơng các
cơng trình xây dựng giao thơng hiện nay có nhiều kết cấu có khối tích rất lớn như bệ
móng,trụ tháp, thân trụ, thân mố… Với những kết cấu này lượng nhiệt thủy hóa xi
măng rất lớn, mặt khác sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong lòng khối bê tông khá
phức tạp. Tuy nhiên, việc xác định trường nhiệt độ, ứng suất của những kết cấu này là
rất khó khăn, do số lượng phần tử, số biến và các thông số về điều kiện biên khá lớn.