ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------

NGUYỄN MINH KHÁNH

PHÂN TÍCH CÁC HIỆN TƯNG VẾT NỨT KẾT CẤU NHỊP
CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI
PHÁP XỬ LÝ BẰNG CHẤT DẺO CÓ CỐT SI

CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEL VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT
MÃ SỐ NGÀNH:

2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2003


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Người hướng dẫn khoa học 1:

TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY
Người hướng dẫn khoa học 2:

TS. BÙI ĐỨC TÂN
Người chấm phản biện 1 :

Người chấm phản biện 2 :

Luận văn được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
Ngày …… tháng …… năm …………


Bộ Giáo dục và Đào tạo
Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM
---oOo---

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghóa Việt Nam
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo---

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
Ngày sinh:
Nơi sinh:
Chuyên ngành:
Khóa:

NGUYỄN MINH KHÁNH

26/8/1975
Nam Định
Cầu, tuynen và các công trình xây dựng khác trên đường ôtô và
đường sắt
12


1. TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH CÁC HIỆN TƯNG VẾT NỨT KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT
THÉP VÀ NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ BẰNG CHẤT DẺO CÓ CỐT
SI.
2. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
5. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY

6. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS. BÙI ĐỨC TÂN
7. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 :
8. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 2 :
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

TS. BÙI ĐỨC TÂN

TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY


CÁN BỘ NHẬN XÉT 1

CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

Nội dung và đề cương của Luận văn Thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
PHÒNG QLKH – SAU ĐẠI HỌC

CHỦ NHIỆM NGÀNH


TS. LÊ VĂN NAM


LỜI CÁM ƠN

Lời cảm ơn
Trước tiên, tôi xin được bày tỏ sự biết ơn thầy cô
hướng dẫn là TS. Bùi Đức Tân và TS. Lê Thị Bích Thuỷ
người đã chắp cánh giúp tôi lựa chọn và thực hiện ý tưởng đề
tài. Những lời khuyên quý báu và sự hướng dẫn tận tình của
thầy cô đã giúp tôi thực hiện luận văn này. Mặc dù có gặp
khó khăn trong quá trình lựa chọn và thực hiện đề tài, nhưng
sự động viên và hướng dẫn của thầy cô đã góp phần rất lớn
giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu
Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, Phòng Quản
Lý Khoa Học – Sau Đại Học, Khoa Xây Dựng, các thầy, các
cô đã tổ chức chương trình đào tạo sau đại học và trực tiếp
tham gia giảng dạy. Tôi cũng xin chân thành cám ơn thầy
PGS.TS. Nguyễn Xuân Vinh, TS. Lê Văn Nam và PGS.TS.
Nguyễn Viết Trung đã cho tôi những lời khuyên quý báu.
Chương trình đào tạo và những lời khuyên quý báu đó đã
giúp tôi tiếp thu được những kiến thức mới góp phần cho tôi
hoàn thành luận văn này.
Đồng thời, tôi xin cám ơn các thầy cô, các bạn đồng
nghiệp của Khu Quản lý giao thông đô thị, các bạn trong
ngành đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi trong quá trình thực
hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin tỏ lòng biết ơn đến gia đình
tôi đã hỗ trợ rất nhiều cho tôi khi thực hiện luận văn này.

Kính gửi đến Q Thầy Cô lời chúc sức khỏe và hạnh phúc
Học viên cao học

Nguyễn Minh Khánh

HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh


_ TÓM TẮT LUẬN VĂN _

SUMMARY OF THE THESIS
TITLE: ANALYSING PHENOMENA OF CRACKS IN REINFORCED CONCRETE
SPAN STRUCTURES OF BRIDGE AND RESEARCHING METHODS TO TREAT WITH
FIBER REINFORCED POLYMERS
ASTRACT:

Cracks always exist in every reinforced concrete structure with various states.
It badly affects serviceability and longevity of structures, especially bridges due to
the bridges are often outside, directly acted by trucks, raining, shining and chemicals.
Researching well the cracks’ state and cause allows to reach the best treating-crack
method.
The cracks exist due to concrete’s low tensile stress. On the other hand, fiber
reinforced polymers’ tensile stress is very high. So, we could apply fiber reinforced
polymer to strengthen reinforced concrete structures for stressing tension.
The fiber reinforced polymers have advantages that other materials couldn’t
reach, such as very high tensile stresses (about more ten times of conventional
steels’stress), low self–weight , unlimited dimentions, short time of installing,
unreduced clearance, high longevity. However, cost of the installing is little high.

This is easy to understand, because fiber reinforced polymers haven’t been
manufactured and popular in Viet nam.
If a crack is not due to load (the self- weight, trucks, …), need to treat by
conventional equipment and adhesive to rehabilitate concrete’s strength, protect
steel and solidify the structures. The kind of this treatment is called treating substrate
of the concrete.
For caused-by-load cracks, the structures is firstly treated by treating substrate
of the concrete. Then we carry out to work fiber reinforced polymer (with pre-stress
or without pre-stress, depending on the situation of cracks) after finishing caculating
treatment with fiber reinforced polymers.
There are maybe some of the caculation methods of steel bolt-plate anchors
for applying fiber reinforced polymers, that the author haven’t approached.
Therefore, the author offer a caculation methods of steel bolt-plate anchors.
However, the friction factor  between the anchor’steel plates and the fiber
reinforced polymers haven’t been determined, because conditions of time and
finance are limited.
Finally, the author proposal that installing of the fiber reinforced polymers
should be carry out for a certain bridge in Ho Chi Minh city after finishing caculating
technical-economic data of the repair work.
HOÏC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh


- MỤC LỤC -

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỤC LỤC


CHƯƠNG I : TỔNG QUAN ........................................................................................ 1
A. TÌNH HÌNH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐƯỜNG BỘ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG
PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐƯỜNG BỘ Ở VIỆT NAM ....................... 1
I.
Đặc điểm điều kiện tự nhiên của Việt nam ............................................................ 1
1.Về vị trí địa lý: ............................................................................................................ 1
2.Về khí hậu:................................................................................................................... 1
II. Hiện trạng và phương hướng phát triển mạng lưới giao thông vận tải đường
bộ của Việt nam: .................................................................................................................... 1
III. Bối cảnh các công trình cầu hiện có trên đường bộ của Việt nam: ................... 2
B. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP .......................... 3
1.Trạng thái giới hạn cường độ và ổn định: ............................................................. 3
2.Trạng thái giới hạn sử dụng: ................................................................................... 3
3.Trạng thái giới hạn mỏi và phá hoại dòn: ............................................................ 3
4.Trạng thái giới hạn đặc biệt: .................................................................................. 3
C. SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC PHÂN TÍCH HIỆN TƯNG NỨT KẾT CẤU
NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ XỬ LÝ VẾT NỨT BẰNG CHẤT DẺO CÓ
CỐT SI ................................................................................................................................. 3
I. Vết nứt- vấn đề luôn tồn tại của mọi kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép .......... 3
II. Sự cần thiết của đề tài ................................................................................................ 4
III. Các nghiên cứu và ứng dụng về xử lý vết nứt kết cấu nhịp bê tông cốt thép
đã có ở nước ta
....................................................................................................... 5
IV. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ............................................................................... 5

CHƯƠNG II : CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH
THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT
THÉP
............................................................................................................................... 7

I. SƠ LƯC VỀ BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP ................................................................. 7
1. Đặc điểm, tính chất của vật liệu bê tông: .................................................................. 7
a) Khi ở trạng thái pha dẻo .................................................................................................. 7
b) Khi ở trạng thái pha đang cứng .................................................................................. 8
c) Khi ở trạng thái pha đã cứng ...................................................................................... 8
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh


- MỤC LỤC -

2. Đặc điểm, tính chất của vật liệu thép: ..................................................................... 9
a) Thành phần hoá học, cấu tạo của cốt thép ................................................................ 9
b) Sự ăn mòn cốt thép .................................................................................................... 9
c) Các giai đoạn làm việc của cốt thép chịu lực .......................................................... 10
3. Sự làm việc đồng thời của bê tông và thép: ........................................................... 10
a) Nguyên lý làm việc tương hỗ của kết cấu BTCT chịu lực: ...................................... 10
b) Sự bảo vệ cốt thép của bê tông ................................................................................ 11
II. CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH TRONG KẾT
CẤU NHỊP BTCT: ...................................................................................................... 11
A. Các hình minh hoạ một số loại vết nứt: ....................................................... 11
B. Phân loại vết nứt theo phương diện hình học- vị trí: .................................. 13
1. Vết nứt ngang kết cấu nhịp cầu ................................................................................ 13
2. Vết nứt dọc kết cấu nhịp cầu .................................................................................... 13
3. Vết nứt theo chiều đứng kết cấu nhịp cầu ................................................................ 14
4. Vết nứt chéo kết cấu nhịp cầu .................................................................................. 14
5. Vết nứt góc kết cấu nhịp cầu .................................................................................... 14
6. Vết nứt mép kết cấu nhịp cầu .................................................................................. 14
C. Phân loại vết nứt theo phương diện lực gây ra ........................................... 14

1. Vết nứt do moment uốn ở kết cấu nhịp cầu .............................................................. 14
2. Vết nứt do lực cắt ở kết cấu nhịp cầu ....................................................................... 15
3. Vết nứt do moment xoắn ở kết cấu nhịp cầu ............................................................ 15
4. Vết nứt do lực kéo hoặc nén ở kết cấu nhịp cầu ...................................................... 15
D. Phân loại vết nứt theo các tác nhân khác gây ra ....................................... 15
1. Vết nứt do sự co rút dẻo của bê tông ở kết cấu nhịp cầu ......................................... 15
2. Vết nứt do sự lún dẻo, chảy dẻo của bê tông mới thi công ở kết cấu nhịp cầu ....... 15
3. Vết nứt do sự lún không đều của hệ đỡ .................................................................... 16
4. Vết nứt do sự dịch chuyển bê tông bởi sự chênh lệch nhiệt độ phản ứng hoá học
của bê tông ở kết cấu nhịp cầu ..................................................................................... 16
5. Vết nứt do sự quá tải ở kết cấu nhịp cầu .................................................................. 16
6. Vết nứt do thiết kế không đủ chịu lực ở kết cấu nhịp cầu ....................................... 16
7. Vết nứt do quá trình thi công có sai sót .................................................................... 16
8. Vết nứt do sự phân bố cốt thép không hợp lý ở kết cấu nhịp cầu ............................ 17
9. Vết nứt do nhóm Sunfat có tác động xấu trở lại đối với ximăng ở kết cấu nhịp cầu .17
10. Vết nứt do cốt thép bị gỉ ......................................................................................... 17
11. Vết nứt do sử dụng vật liệu không đúng theo tiêu chuẩn thiết kế đề ra ................ 17
12. Vết nứt do thời tiết tác động lên kết cấu nhịp cầu ................................................. 17
E. Phân loại vết nứt theo trạng thái của nó ..................................................... 18
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khaùnh


- MỤC LỤC -

1. Vết nứt cố định ......................................................................................................... 18
2. Vết nứt hoạt động ..................................................................................................... 18
F. Phân loại vết nứt theo kích thước ................................................................. 18
1. Vết nứt nhỏ ............................................................................................................... 18

2. Vết nứt vừa ............................................................................................................... 18
3. Vết nứt rộng .............................................................................................................. 19
4. Vết nứt rất rộng ........................................................................................................ 19
G. Phân loại vết nứt theo mức độ xuyên theo chiều sâu................................. 19
1. Vết nứt xuyên qua kết cấu ........................................................................................ 19
2. Vết nứt xuyên lưng chừng kết cấu ........................................................................... 19

CHƯƠNG III : VẬT LIỆU CHẤT DẺO CÓ CỐT SI ................................ 20
I. Giới thiệu chung ............................................................................................................. 20
II. Vật liệu chất dẻo có cốt sợi ........................................................................................ 20
1. Giới thiệu về vật liệu chất dẻo có cốt sợi .......................................................... 20
1.1. Khái quát về vật liệu chất dẻo có cốt sợi ......................................................... 20
1.2. Vật liệu chất dẻo có cốt sợi ............................................................................... 21
1.3. Các dạng lực tác động lên vật liệu CDCCS ...................................................... 22
2. Các nhóm chất liệu được sử dụng trong vật liệu CDCCS ............................ 23
2.1. Nhóm chất liệu cốt sợi chịu lực ......................................................................... 24
2.2. Nhóm chất liệu nhựa .......................................................................................... 26
2.3. Nhóm vật liệu độn........................................................................................ 30
2.4. Nhóm vật liệu phụ gia ........................................................................................ 31
2.5. Nhóm vật liệu keo dán ................................................................................. 32
2.6. Nhóm vật liệu phủ ngoài .................................................................................... 31
3. Các tính chất cơ bản của vật liệu tấm CDCCS ................................................ 32
3.1. Tính chất cơ học của sợi trong tấm ................................................................... 33
3.2. Hướng sợi trong tấm CDCCS ............................................................................. 34
4. Các dạng vật liệu CDCCS .................................................................................... 37
4.1. Dạng tấm hoặc dải CDCCS ................................................................................. 38
4.2. Dạng miếng CDCCS ............................................................................................ 39
4.3. Dạng băng CDCCS ............................................................................................... 39
4.4. Dạng thanh nẹp CDCCS ...................................................................................... 39
4.5. Dạng thanh dài CDCCS ....................................................................................... 40

5. Một số dụng cụ được sử dụng trong phương pháp thi công gia cố, sửa chữa
bằng CDCCS ........................................................................................................................ 41
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh


- MỤC LỤC -

6. Một số loại vật liệu tấm CDCCS dùng trong gia cố, sửa chữa công trình bê
tông cốt thép ........................................................................................................................ 42
6.1. Nhóm vật liệu tấm CDCCS MbraceTM .........................................................42
6.2. Nhóm tấm vật liệu CDCCS Replark ............................................................42
6.3. Nhóm tấm vật liệu CDCCS Sika .....................................................................43
6.4. Nhóm tấm vật liệu CDCCS Tyfo ................................................................44

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ TIẾN HÀNH XỬ LÝ VẾT NỨT
KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT BẰNG CDCCS ......................................................45
A.TÍNH TOÁN XỬ LÝ .....................................................................................................45
I. Giới thiệu chung ............................................................................................................45
II. Các mô hình phá hoại ..................................................................................................45
1. Các mô hình phá hoại uốn của dầm BTCT gia cố bằng CDCCS ..................................45
2. Các mô hình phá hoại cắt của dầm BTCT gia cố bằng CDCCS ....................................48
Các ký hiệu sử dụng trong các công thức tính toán trong chương này ...................51
III. Tính toán tăng cường khả năng chịu uốn cho dầm BTCT gia cố bằng
CDCCS ...........................................................................................................................54
1. Tổng quan .......................................................................................................................54
2. Các giả thiết và yêu cầu khi tính toán khả năng chịu uốn dầm gia cố bằng
CDCCS ...........................................................................................................................55
2.1. Các giả thiết khi tính toán thiết kế khả năng chịu uốn dầm gia cố bằng CDCCS ......55

2.2. Các yêu cầu khi khi tính toán thiết kế khả năng chịu uốn dầm gia cố bằng
CDCCS ...........................................................................................................................55
3. Khả năng chịu uốn của dầm BTCT gia cố bằng CDCCS theo BS 8110 (1997) ...........56
4. Khả năng chịu uốn của dầm BTCT gia cố bằng CDCCS theo ACI 318-95 (1999) .......59
5. Tính toán kiểm tra lực liên kết và chiều dài đoạn liên kết neo của dải dán
CDCCS ...........................................................................................................................63
5.1. Tính toán kiểm tra lực liên kết của dải dán CDCCS ..................................................63
5.2. Chiều dài đoạn liên kết neo của dải CDCCS..............................................................63
6. Tính toán liên kết neo trong việc tăng cường khả năng chịu uốn bằng cách dán
CDCCS UST .......................................................................................................................64
IV. Tính toán tăng cường khả năng chịu cắt cho dầm BTCT gia cố bằng
CDCCS ................................................................................................................................ 68
1. Tổng quan .......................................................................................................................68
2. Tính toán khả năng chịu cắt của dầm BTCT gia cố bằng CDCCS theo tiêu chuẩn
Anh BS 8110 (1997) ...........................................................................................................69
3. Khả năng chịu cắt dầm BTCT gia cố bằng CDCCS theo ACI 318-95 (1999) ..............71
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh


- MỤC LỤC -

4. Khả năng chịu cắt dầm BTCT gia cố bằng CDCCS theo EuroCode 2 (hệ Châu u) ..72
5. Tính toán chiều dài mối nối của dải CDCCS .................................................................73
B. TIẾN HÀNH XỬ LÝ VẾT NỨT KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT BẰNG
DẢI CDCCS ......................................................................................................................74
I. Bước nền ........................................................................................................................74
1. Chuẩn bị vật liệu ............................................................................................................74
2. Thao tác xử lý .................................................................................................................75

II. Bước gia cường .............................................................................................................78
1. Giới thiệu chung .............................................................................................................78
2. Thi công vật liệu CDCCS ...............................................................................................80
3. Neo dải, tấm CDCCS .....................................................................................................88
III. Bước hoàn thiện..........................................................................................................91
C. SO SÁNH SƠ BỘ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ
KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT BẰNG CDCCS VỚI BẢN THÉP VÀ CÁP UST
CĂNG NGOÀI ..................................................................................................................92
I. Ví dụ tính toán sơ bộ đối với từng phương pháp .........................................................92
1. Ví dụ tính toán gia cố dầm cầu BTCT bằng CDCCS dán ..............................................92
2. Ví dụ tính toán gia cố dầm cầu BTCT bằng bản thép dán .............................................94
3. Ví dụ tính toán gia cố dầm cầu BTCT bằng cáp UST căng ngoài .................................95
II. So sánh sơ bộ hiệu quả của các phương pháp ............................................................95
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ......................................................................................................... 97
PHỤ LỤC .................................................................................................................................... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................... 132
TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG.

HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN
A.
TÌNH HÌNH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐƯỜNG BỘ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT

TRIỂN GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐƯỜNG BỘ Ở VIỆT NAM
I.

Đặc điểm điều kiện tự nhiên của Việt nam

1.

Về vị trí địa lý:
Lãnh thổ Việt nam trải dài từ phía Nam của Trung quốc đến vịnh Thái lan, nằm
trong khu vực Châu Á- Thái Bình Dương, là một trong những khu vực phát triển
năng động nhất thế giới, trên các tuyến giao thông quốc tế quan trọng. Dọc theo
lãnh thổ, phía Đông là biển, phía Tây giáp Lào và Cămpuchia. Việt nam có nhiều
đồi núi, đặc biệt là vùng phía Tây Bắc. Do đó vùng này có số trận động hoặc địa
chấn xảy ra nhiều hơn các vùng khác của Đất nước, dễ gây hư hỏng nứt nẻ kết cấu
nhịp cũng như các kết cấu khác của cầu. Lãnh thổ Việt nam là một phần địa lý mà
tuyến đường Xuyên Á sẽ đi qua; tuyến đường này nhằm quốc tế hoá, phát triển kinh
tế- văn hoá- xã hội của khu vực cũng như toàn thế giới.
Nằm trong vùng nhiệt đới,độ ẩm cao và có bờ biển dài dọc suất chiều dài Đất
nước, nên các công trình nói chung, đặc biệt là các công trình cầu tiếp xúc trực tiếp
với môi trường tự nhiên dễ bị xâm thực, ăn mòn cốt thép với mức độ cao gây nứt nẻ,
phá hoại công trình. Do đặc điểm này, cần xem xét các biện pháp để khai thác và
bảo vệ công trình sao cho có hiệu quả cao nhất.
2. Về khí hậu:
Miền Bắc có bốn mùa: mùa xuân, mùa hạ, mùa thu và mùa đông. Thường
thường, nhiệt độ rất nóng vào mùa hạ, lạnh vào mùa đông. Do đó khoảng chênh
lệch nhiệt độ giữa hai mùa là tưong đối lớn. Điều này ảnh hưởng ít nhiều đến tuổi
thọ công trình cũng như công tác duy tu bảo dưỡng và gia cố công trình cầu.
Miền Nam có hai mùa rõ rệt: mùa nắng và mùa mưa. Trong mùa mưa nhiệt độ
có thể khá cao, song các cơn mưa bất chợt thường ập tới rất nhanh chóng. Sự chênh
lệch nhiệt độ khá lớn chỉ trong thời gian ngắn thường phát sinh ứng suất trong kết

cấu cầu, đặc biệt là kết cấu nhịp chịu tác động trực tiếp của các tác nhân mưa nắng.
Do đó đây là một trong những nguyên nhân gây ra các vết nứt có thể xuất hiện trên
kết cấu nhịp cầu.
Hai nửa miền Trung giáp hai miền Nam-Bắc chịu ảnh hưởng trực tiếp về đặc
điểm khí hậu của hai miền đó. Mặt khác, miền Trung có mật độ diện tích đất liền
tiếp xúc với biển là lớn hơn cả hai hai miền Bắc và Nam, nên chịu tác động của ăn
mòn lơn hơn cả.

HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh

Trang 1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

II.

Hiện trạng và phương hướng phát triển mạng lưới giao thông vận tải đường
bộ của Việt nam:

Hiện nay, nước ta có khoảng 18000km cầu đường các cấp, chưa kể một số loại
đường chuyên dụng như đường khu công nghiệp, đường lâm nghiệp, …; riêng thành
phố Hồ Chí Minh có tới 1702km cầu đường. Do vị trí lãnh thổ nằm dọc bờ biển nên
các công trình cầu có mật độ tương đối lớn về giao thông so với các nước khác trong
khu vực. Đặc biệt, phía Nam có hệ thống kênh rạch chằng chịt, nên có tỷ trọng về số
công trình cầu trên diện tích là lớn nhất trong nước, cụ thể thành phố Hồ Chí Minh
có tới khoảng 17km cầu, chưa kể hàng loạt cầu đang được xây dựng.
Những năm gần đây, tốc độ đầu tư và xây dựng cơ sở hạ tầng của nước ta đang

diễn ra rất nhanh. Số vốn đầu tư theo số liệu thống kê chiếm khoảng 40 – 45% ngân
sách của nhà nước. Điều đó nói lên sự quan tâm của nhà nước đối với việc xây dựng
cơ bản, đồng thời đề ra trách nhiệm nặng nề đối với những người làm công tác thiết
kế nói riêng và thi công xây dựng công trình nói chung nhất là đối với xây dựng các
công trình cầu đường là một bộ phận mà lượng vốn đầu tư xây dựng chiếm tỉ trọng
lớn. Hàng loạt dự án lớn đã, đang và sẽ triển khai như Dự án đường Hồ Chí Minh,
Dự án đường xuyên Á, đường 5 Hà Nội – Hải Phòng, Quốc lộ 51, đường cao tốc
thành phố Hồ Chí Minh – Cần thơ, đường cao tốc Bắc – Nam, đường cao tốc Sài gòn
– Long thành – Giầu dây, các dự án đường vành đai của thành phố Hồ Chí Minh và
Hà Nội, …
Nhà nước ta đã xác định, giao thông vận tải là động lực phát triễn không thể
thiếu của đất nước, nó ảnh hưỏng mạnh mẽ đến mọi mặt đời sống của đất nước cũng
như trong khu vực. Tuy nhiên, trong điều kiện nền kinh tế của Đất nước còn đang
khó khăn, việc sử dụng hiệu quả đồng vốn có ý nghóa hết sức to lớn, do đó ngoài
việc tính toán qui hoạch tối ưu, cần phải sử dụng và khai thác tối đa những điều kiện
hiện có. Việc xử lý tốt vết nứt của kết cấu nhịp sẽ góp phần thực hiện yêu cầu trên.
III.

Bối cảnh các công trình cầu hiện có trên đường bộ của Việt nam:

Đa số các công trình cầu được xây dựng từ nhiều năm trước, nên chất lượ ng bị
xuống cấp, không đảm bảo; nó thường bị quá tải trong điều kiện giao thông vận tải
đường bộ phát triển với tốc độ rất nhanh như hiện nay; trong đó phải kể tới số lượng
phương tiện vận tải với tải trọng lớn ngày càng nhiều. Do đó, nhiều công trình cầu
mặc dù được xây dựng chỉ vài năm về trước thì nay đã xuất hiện các sự cố, chẳng
hạn như xuất hiện các vết nứt ở kết cấu nhịp, bong nổ bê tông, …bên cạnh đó có thể
kể đến công nghệ và trình độ thi công chưa cao đã ảnh hưỏng phần nào đó đến chất
lượng công trình cầu mà đặc biệt là kết cấu nhịp, một hạng mục đòi hỏi kỹ thuật cao
hơn cả.
Trong điều kiện nền kinh tế của Đất nước còn đang khó khăn thì việc sử dụng

hiệu quả đồng vốn có ý nghóa hết sức to lớn. Do đó, việc sửa chữa gia cố cầu, trong
đó có kết cấu nhịp là việc làm rất cần thiết.

HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh

Trang 2


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

B.

LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Các kết cấu bê tông cốt thép thường được tính theo các trạng thái giới hạn sau
đây:

1.

Trạng thái giới hạn cường độ và ổn định:
Trạng thái giới hạn cường độ và ổn định là trạng thái được xét đến để đảm bảo
cường độ và sự ổn định cục bộ cũng như ổn định tổng thể được dự phòng để chịu
các tổ hợp tải trọng quan trọng theo thống kê được định ra để kết cấu chịu được
trong phạm vi tuổi thọ thiết kế của nó.
2.
Trạng thái giới hạn sử dụng:
Trạng thái giới hạn sử dụng là trạng thái được xét đến để hạn chế ứng suất,
biến dạng và vết nứt dưới điều kiện sử dụng bình thường.
3.

Trạng thái giới hạn mỏi và phá hoại dòn:
Trạng thái giới hạn mỏi được xét đến nhằm hạn chế về biên độ ứng suất do tải
trọng động thiết kế gây ra với số chu kỳ biên độ ứng suất dự kiến. Trạng thái giới
hạnø phá hoại dòn được xét đến để đưa ra một số yêu cầu về tính bền của vật liệu
theo tiêu chuẩn vật liệu.
4.
Trạng thái giới hạn đặc biệt:
Trạng thái giới hạn được xét đến nhằm đảm bảo sự tồn tại của kết cấu trong
trận động đất, lũ lớn, va đập mạnh.

C. SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC PHÂN TÍCH HIỆN TƯNG NỨT KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ
TÔNG CỐT THÉP VÀ XỬ LÝ VẾT NỨT BẰNG CHẤT DẺO CÓ CỐT SI
I.

Vết nứt- vấn đề luôn tồn tại của mọi kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép
- Bê tông là một hỗn hợp có nhiều hợp chất hoá học hoạt động tạo nên phản
ứng hoá học. Các phản ứng này gây ra sự thay đổi thể tích của bê tông do các
nguyên nhân: nhiệt phản ứng khác nhau ở các thời điểm khác nhau; số phân tử
trong hỗn hợp thay đổi trong quá trình phản ứng. Chính sự thay đổi thể tích này làm
xuất hiện các vết nứt ở bê tông.
- Mặt khác, sự bay hơi nước đi khỏi bê tông sẽ gây hiện tượng nứt bê tông,
mức độ nứt tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể (nhiệt độ, tốc độ gió, phụ gia, … ).
- Ngoài ra, còn phải kể đến việc thi công không thể tuân thủ một cách tuyệt
đối mọi nguyên tắc xây dựng đề ra, sẽ gây ra vết nứt trong bê tông (nguyên tắc
bảo dưỡng, hệ đỡ, … ).
- Do cường độ chịu kéo của bê tông nhỏ hơn nhiều lần cường độ chịu kéo của
thép và do bê tông không có giai đoạn chảy trước khi bị phá hoại, nên trong các
vùng thép chịu kéo thì thường xuất hiện vết nứt của bê tông. Trong kết cấu nhịp
cầu bê tông cốt thép chịu uốn thông thường với 30% ~ 40% tải trọng thiết kế là đã
có vết nứt trong khi đó ứng suất của cốt thép chịu kéo chỉ là 1/14 ~ 1/10 cường độ

thiết kế của cốt thép.

HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh

Trang 3


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

II. Sự cần thiết của đề tài
Trong bất kỳ thời kỳ nào, việc xử lý tốt các vết nứt của kết cấu nhịp để góp
phần phát huy tối đa hiệu quả khai thác công trình cầu là công việc luôn luôn cần
thiết. Sự cần thiết của Đề tài được thể hiện qua các luận điểm sau đây:
- Phân tích các hiện tượng vết nứt kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép để có thể
dùng các biện pháp thích hợp tương ứng với mỗi hiện tượng nứt, đồng thời ngăn
ngừa vết nứt xuất hiện trở lại.
- Do cường độ chịu kéo của bê tông rất nhỏ so với cưòng độ của thép, nên
trong bất cứ kết cấu nhịp bê tông cốt thép nào đều có thể xuất hiện các vết nứt. Đó
cũng là một nhược điểm của bê tông mà Đề tài cần được nghiên cứu để khắc phục
các hiện tượng về nứt của kết cấu nhịp. Vết nứt có thể là lớn hay nhỏ, phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố, song chúng đều làm giảm hoặc mất hẳn chức năng bảo vệ
thép hay tham gia chịu lực vào kết cấu nhịp; thậm chí nó có thể gây ra sự sụp đổ
công trình.
- Kết cấu nhịp là một hạng mục đòi hỏi kỹ thuật cao hơn so với kết cấu hạ
tầng. Tuy nhiên, công nghệ và trình độ thi công của các đơn vị thi công chưa cao,
dễ dẫn đến các vết nứt xuất hiện ở các kết cấu nhịp. Ngoài ra, kết cấu nhịp thường
có độ mảnh lớn, chịu tác động trực tiếp của tải trọng tónh và động, nên có thể gây
biến dạng (độ võng) lớn, đặc biệt là dao động do tải trọng động gây ra. Biến dạn g

(độ võng) này sẽ gây ra hiện tượng nứt bê tông trong kết cấu nhịp. Cần phải xử lý
kịp thời các vết nứt này.
- Trong các kết cấu nhịp của các cầu đã được xây dựng các năm trước đây đã
xuất hiện rất nhiều vết nứt do sự phát triển ngoài dự tính của giao thông vận tải về
cả lưu lượng và tải trọng.
- Đặc biệt, kết cấu nhịp dầm đơn giản hoặc liên tục mà không có ứng suất
trước thì số lượng và chiều rộng các vết nứt là rất lớn. Điều này dẫn đến mức độ
phá hoại kết cấu nhịp là lớn hơn, nhanh chóng hơn.
- Khí hậu Việt nam có đặc điểm là độ ẩm và nhiệt độ lớn. Do đó, khi có vết
nứt thì thép có nguy cơ bị ăn mòn phá hoại cao. Ngoài ra, theo đặc điểm địa hình
đã nêu ở trên, lãnh thổ Việt nam bám dọc theo biển nên gió và bụi có chứa muối
tác động rất lớn đến các vết nứt này.
- Hiện nay có thể nói sự phát triển của công nghệ chất dẻo đã đạt được những
thành tích nổi bật, vượt hơn hẳn các chất liệu khác trong lónh vực xây dựng. Việc
tìm hiểu và nghiên cứu ứng dụng chất dẻo có cốt sợi vào lónh vực xử lý các vết nứt
của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép ở nước ta là một cơ hội tốt, đồng thời là
hưóng đi mới rất hữu hiệu trong một số trường hợp mà vật liệu khác không có
được.
- Với khả năng làm giảm chi phí vật liệu, tiết kiệm chi phí nhân công, khối
lượng gia cố thêm thấp, lắp đặt thi công đơn giản, khả năng chống ăn mòn cao và
chiều dài vật liệu không giới hạn đã làm cho vật liệu chất dẻo có cốt sợi (CDCCS)
trở thành một giải pháp hấp dẫn cho quá trình chọn phương pháp gia cố, sửa chữa
hư hỏng công trình. Theo đặc điểm của khí hậu Việt nam nêu trên, vật liệu
CDCCS đáp ứng tốt hơn hẳn bê tông cốt thép về khả năng chống ăn mòn.
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khaùnh

Trang 4



CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

- Vật liệu CDCCS có khả năng chịu lực kéo theo hướng đặc biệt cao, nên rất
thích hợp với việc xử lý kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép, thậm chí liên tục suốt cả
chiều dài nhịp. Việc phát huy khả năng chịu nén của nó trong kết cấu nhịp là
không hiệu quả, tức là tính chất chịu lực của nó ngược lại với bê tông. Do đó, nó
khắc phục những điểm yếu của bê tông khi nó bọc (dán) ngoài bê tông, đồng thời
nó có trọng lượng nhẹ hơn thép, tỉ lệ giữa khả năng chịu lực và trọng lượng cao, có
khả năng chống ăn mòn, chịu được phá hoại của môi trường tốt hơn so với bản
thép. Như vậy, việc nghiên cứu sử dụng vật liệu CDCCS vào vấn đề xử lý vết nứt
kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép (BTCT) sẽ có hiệu quả cao.
- Tuy nhiên, sự phá hoại liên kết giữa CDCCS và bê tông thường là một yếu
điểm của kết cấu có sử dụng CDCCS chịu ứng suất kéo lớn. Do vậy, ngoài việc
nghiên cứu ứng dụng loại vật liệu CDCCS khá mới này vào Việt nam, Đề tài còn
nghiên cứu đưa ra giải pháp tính toán liên kết giữa CDCCS với kết cấu nhịp cầu bê
tông cốt thép. Có hai loại liên kết này được đưa ra trong Đề tài (liên kết bulon- bản
thép loại 1 và liên kết bulon- bản thép loại 2) mà sẽ được trình bày dưới đây, dùng
loại nào là tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của kết cấu nhịp. Các liên kết bulonbản thép này sẽ khắc phục khuyết điểm quan trọng của việc ứng dụng CDCCS vào
gia cường khả năng chịu lực của kết cấu nhịp, đặc biệt là việc gia cường có dùng
phương pháp tạo ứng suất trước.
Trong điều kiện nền kinh tế của Đất nước còn đang khó khăn thì việc sử dụng
hiệu quả đồng vốn có ý nghóa hết sức to lớn. Do đó, việc gia cố để sử dụng tốt và
lâu dài kết cấu nhịp cầu theo hướng mới của Đề tài sẽ có ý nghóa quan trọng đáng
kể.
III. Các nghiên cứu và ứng dụng về xử lý vết nứt kết cấu nhịp bê tông cốt thép
đã có ở nước ta
Vết nứt của công trình nói chung, của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép nói
riêng đã được nghiên cứu xử lý khá nhiều. Chẳng hạn, một số cầu lớn: cầu Rào
(Hải Phòng), cầu Sài Gòn, cầu Đồng Nai, và một số cầu nhỏ đã được nghiên cứu

xử lý vết nứt cũng như gia cường kết cấu nhịp. Các biện pháp liên quan đến việc
xử lý vết nứt cho các cầu này chủ yếu là: tạo ứng suất trước bằng cách căng cáp
thép cường độ cao; dùng hoá chất thông thường (epoxy, vinylester, urethan, …) để
phun và trám. Việt nam, việc xử lý vết nứt bằng cách dán bít vết nứt bởi tấm
chất dẻo có cốt sợi, hoặc kết hợp với các hoá chất thông thường (epoxy, vinylester,
urethan, …), hoặc tạo ứng suất trước bằng cách căng và dán tấm chất dẻo có cốt sợi
là đều chưa được quan tâm tính toán và ứng dụng cho các kết cấu nhịp cầu bê tông
cốt thép.
IV. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài nhằm phân tích và nghiên cứu xử lý các vết nứ t đã từng có và có thể có
ở các kết cấu nhịp đã nêu trên.
Kết cấu nhịp là hạng mục quan trọng của công trình cầu, chịu tác động trực tiếp
của tải trọng động và môi trường nên thường dễ xuất hiện các vết nứt tại những vị
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh

Trang 5


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

trí có ứng suất lớn trên kết cấu. Do vậy, vết nứt của kết cấu nhịp được chọn để
nghiên cứu ở đây.
Kết cấu nhịp có thể của cầu đường bộ, có thể của cầu đường sắt.
Do tính phức tạp nhưng ưu việt và thông dụng của cầu bê tông cốt thép, nên
loại kết cấu nhịp bê tông cốt thép đựơc chọn để nghiên cứu.
Vật liệu để xử lý vết nứt kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép trong Đề tài này chủ
yếu được dùng là tấm chất dẻo có cốt sợi, các hoá chất xử lý thông thường (epoxy,
vinylester, urethan,…) và thép dùng trong liên kết bulon- bản thép.

Việc tính toán neo liên kết bulon- bản thép được xem xét nghiên cứu đưa ra
ứng dụng để khai thác, phát huy ưu điểm đồng thời khắc phục yếu điểm của
CDCCS. Tuy nhiên, hệ số ma sát giữa CDCCS với bản thép cần được xem xét
nghiên cứu xác định cụ thể bằng thực nghiệm sau này.

HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khaùnh

Trang 6


CHƯƠNG II: CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT

CHƯƠNG II

CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT
TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP (BTCT)
I. SƠ LƯC VỀ BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP:
1. Đặc điểm, tính chất của vật liệu bê tông:
a) Khi ở trạng thái pha dẻo (từ lúc kết thúc thi công bê tông cho đến 0,5 6,0 giờ
sau đó)
Ngay sau khi khối bê tông được hình thành, các quá trình vật lý và hoá học diễn ra
rất phức tạp. Song, có thể nêu ra nội dung chủ yếu sau:
- Các quá trình vật lý là sự thay đổi nhiệt độ, sự rỉ nước lên bề mặt, sự lún dẻo, sự
bay hơi nước và thậm chí có sự hình thành các vết nứt đáng kể nếu không có biện
pháp thi công thích hợp.
Sự thay đổi nhiệt độ của bê tông là do số lượng, cơ cấu của các thành phần tham gia
phản ứng khác nhau ở các thời điểm khác nhau, chúng sinh ra các nhiệt lượng khác
nhau.

Sự rỉ nước lên bề mặt bê tông do đồng thời các quá trình sau:
Thứ nhất là do phản ứng hoá học giữa Ca(OH)2 có từ xi-măng và CO2 có trong
không khí (CO2 xâm nhập vào bê tông có thể bằng nhiều nguyên nhân tuỳ điều kiện
thi công; song, trong đó có sự xâm nhập trong quá trình phun đổ bê tông), phản ứng
này sinh ra nước:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H 2O ,
Thứ hai là do trọng lượng bản thân của khối vữa bê tông (đặc biệt, đối với các
dầm có chiều cao lớn sẽ có trọng lượng trên đơn vị chiều dài là lớn) sẽ ép lượng nước
có được từ phản ứng trên lên phía trên mặt thoáng.
Tiếp theo sự rỉ nước lên bề mặt bê tông là sự lún dẻo của bê tông do bê tông chèn
vào khoảng trống của nước đã thoát đi, sự lún dẻo này có thể là một trong những
nguyên nhân gây ra vết nứt nứt trong bê tông.
- Các quá trình hoá học là các phản ứng hoá học chủ yếu do xi măng và phụ gia
tham gia. Các phản ứng bao gồm sự tác dụng nhanh của alit (3CaO.SiO2 ) với nước
tạo ra hydrosiliccate canxi và hydroxite canxi:
2(3CaO.SiO2 ) + 6H2 O = 3CaO.2SiO2 .3H2 O + 3Ca(OH)2
hợp chất belit (2CaO.SiO2 ) có tính hoạt động yếu hơn alit (3CaO.SiO2 ), nên nó xảy ra
chậm hơn, số phân tử Ca(OH)2 tách ra ít hơn:
2(2CaO.SiO2 ) + 4H2 O = 3CaO.2SiO2 .3H2 O + Ca(OH)2
Nhóm hợp chất tiếp theo có trong xi măng là nhóm alumo mà chủ yếu là hợp
chất hoạt động mạnh nhất aluminate tricanxi 3CaO.Al2O3. Chất này phản ứng nhanh
với nước tạo thành tinh thể hình lập phương (3CaO.Al2O3.6H2O):
3CaO.Al2O3+ 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O
Do độ tan của 3CaO.Al2O3.6H2O và Ca(OH)2 không lớn và lượng nước có hạn
nên dung dịch vữa bê tông nhanh chóng chở nên quá bão hoà.
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh

Trang 7



CHƯƠNG II: CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT

Để làm chậm thời gian ninh kết của xi măng, trong xi măng còn có một lượng
đá thạch cao CaSO4.2H2O (thường là 3 - 5% khối lượng). Hợp chất này tác dụng với
3CaO.Al2O3 ngay từ ban đầu tạo thành sunphoaluminat canxi ngậm nước
3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (khoáng etringit)
3(CaSO4.2H2O)+ 3CaO.Al2O3 + 26H2O= 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O
Trong dung dịch bão hoà Ca(OH)2, hợp chất 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O tách
ra ở dạng keo phân tán mịn đọng lại trên bề mặt 3CaO.Al2O3 làm chậm sự thuỷ hoá
của nó và kéo dài thời gian đông kết của xi măng.
Trong dung dịch bão hoà, các sản phẩm mới Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O sẽ
không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo. Còn các sản phẩm etringit
3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O và 3CaO.2SiO2 .3H2 O vốn không tan nên vẫn tồn tại ở
thể keo phân tán. Nước tiếp tục mất đi do phản ứng của xi măng và do bay hơi, các
sản phẩm mới tiếp tục tạo thành. Hỗn hợp bê tông mất dần tính dẻo và ở thể ngưng
keo. Quá trình vẫn tiếp tục cho đến khi chúng chuyển sang thể liên tinh thể làm cho
cả hệ thống hoá cứng và cường độ tăng dần.
b) Khi ở trạng thái pha đang cứng (3 đến 4 tuần đầu)
Màu của bê tông vẫn còn xanh, bắt đầu chuyển sang màu trắng. Cường độ của
bê tông ở trạng thái này đã đạt gần đến cường độ đích thực của nó (80 90)%, tốc độ
tăng cường độ rất nhỏ. Nói chung, mọi quá trình diễn ra thay đổi rất chậm, các phản
ứng diễn ra ít, sự bay hơi nước rất nhỏ. Sự tăng cường độ bê tông theo thời gian được
B.G. Xrantaep xác định bằng thực nghiệm bằng đồ thị Hình 2.1a và công thức như sau:
Rt = 0,7.R28lgt,
t =728 ngày






c) Khi ở trạng thái pha đã cứng (sau 28 ngày)
Bê tông ở trạng thái này đã có màu trắng, các phản ứng trong bê tông và sự bay
hơi của nước là không đáng kể. Sự co ngót do các nguyên nhân khác nhau là cũng rất
nhỏ. Cường độ của bê tông thường đạt trên 90% ở giai đoạn này.
cả ba trạng thái trên, có thể xảy ra sự ăn mòn bê tông do sự tan ra của Ca(OH)2
bởi nước mưa, nước ngưng tụ; sự ăn mòn do nước và khí có chứa CO 2 làm vỡ màng
cacbonat để tạo thành bicacbonat axit canxi:
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh

Trang 8


CHƯƠNG II: CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT

CaCO3 +CO2 +H2O = Ca(HCO3)2
Ngoài ra, còn có thể xảy ra sự ăn mòn bê tông do nước biển có chứa hợp chất của
manhe tạo ra chất dễ tan CaCl2, CaSO4.2H2O:
MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2
MgSO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 .2H2O + Mg(OH)2
Trong xi măng luôn chứa một lượng kiềm nhất định và các cốt liệu của bê tông mà
đặc biệt là cát mỏ và cát đồi thường chứa các hợp chất silic vô định hình. Hợp chất
silic vô định hình này tác dụng với lượng kiềm nói trên ngay ở nhiệt độ thường làm
cho bề hạt cốt thép liệu nở ra có thể gây nên một hệ thống vết nứt. Vết nứt loại này
có thể xảy ra sau khi kết thúc xây dựng 10- 15 năm.
2. Đặc điểm, tính chất của vật liệu thép:
a. Thành phần hoá học, cấu tạo của cốt thép

Cốt thép trong kết cấu BTCT có thành phần chủ yếu là sắt (Fe), ngoài ra có một số
nguyên tố khác như cacbon C, mangan Mn, silic Si, … Sắt là nguyên tố kim loại thuộc
nhóm sáu của hệ thống tuần hoàn nguyên tố hoá học. Nó có khối lượng nguyên tử là
56, nhiệt độ nóng chảy 15390C. Sắt nguyên chất (99,8- 99,9%) có giới hạn bền kéo
2500kG/cm2, giới hạn chảy 1200kG/cm2, độ giãn dài tương đối 50%. Sắt có hai kiểu
mạng tinh thể: lập phương thể tâm và lập phương diện tâm.
Mạng tinh thể lập phương thể tâm tồn tại ở hai khoảng nhiệt độ: dưới 9100C với
dạng thù hình Fe và dưới 7680C với dạng thù hình Fe. Ở kiểu mạng này, các
nguyên tử hình cầu Fe nằm ở các đỉnh và tâm của hình khối lập phương. Các nguyên
tử hình cầu Fe ở các đỉnh không tiếp xúc trực tiếp với nhau nhưng cùng tiếp xúc với
nguyên tử nằm ở tâm của mạng. Như vậy các nguyên tử tiếp xúc với nhau theo đường
chéo của hình lập phương, còn theo các cạnh và theo đường chéo của các mặt của
hình lập phương thì chúng không tiếp xúc với nhau.
Mạng tinh thể lập phương diện tâm tồn tại ở khoảng nhiệt độ 910- 1392 0C. Mạng
này có các nguyên tử hình cầu Fe nằm ở các đỉnh và tâm của các mặt của hình khối
lập phương. Các nguyên tử hình cầu Fe ở các đỉnh không tiếp xúc trực tiếp với nhau
nhưng cùng tiếp xúc với nguyên tử nằm ở tâm của các mặt của mạng hình lập phương.
Dựa theo thành phần hoá học và hàm lượng của chúng, trong xây dựng có hai
loại thép là: thép cacbon và thép hợp kim.
Thép cacbon có thành phần hoá học gồm chủ yếu Fe, ham lượng cacbon C < 2%,
Mn< 0,8%, Si< 0,5%; P,S < 0,05%; còn lại rất ít Cr, Ni, Cu, W, Mo, Ti (0,1- 0,2%).
Trong đó, Mn và Si có tác dụng nâng cao cơ tính của thép cacbon; P,S nâng cao
tính dòn nguội của thép, tạo tính dễ cắt gọt nhưng làm giảm chất lượng thép.
Thép hợp kim có cơ tính cao hơn thép cacbon, chịu được nhiệt độ cao hơn, có những
tính chất vật lý và hoá học đặc biệt. Ngoài Fe và C, người ta còn đưa vào các nguyên
tố hợp kim: Cr, Ni, Mn, Si, V, B, Cu, W, Mo, Ti. Lượng hợp kim trong thép hợp kim
trong khoảng sau: Mn 0,8- 0,10%, Ni 0,2- 0,6%, Si 0,5- 0,8%, W 0,1- 0,5%, Cr 0,20,8%, Mo 0,05- 0,2%, Ti >0,1%, Cu>0,1%, B >0,002%.
b. Sự ăn mòn cốt thép
Sự ăn mòn cốt thép là do tác dụng hoá học của môi trường trên bề mặt cốt thép.
Có hai loại ăn mòn cốt thép: ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá.

HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khaùnh

Trang 9


CHƯƠNG II: CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT

n mòn hoá học là sự phá huỷ do tác dụng hoá học trực tiếp giữa kim loại và môi
trường xung quanh, không phát sinh dòng điện. Loại ăn mòn này chỉ xảy ra trong môi
trường không điện ly. Cốt thép trong kết cấu BTCT thường không gặp loại ăn mòn
này.
n mòn điện hoá là loại ăn mòn xảy ra trong môi trường điện ly và có phát sinh
dòng điện. Đây là loại ăn mòn phổ biến. Khi cốt thép tiếp xúc với các môi trường
không khí, nước, bazơ, muối thì có thể bị gỉ do tác dụng của loại ăn mòn này. Bản chất
của sự ăn mòn này là các Ion của môi trường điện ly tác dụng với các Ion của cốt
thép. Các Ion của cốt thép bị chuyển vào môi trường điện ly và để lại trong cốt thép
những điện tử thừa. Do đó, cốt thép trở nên tích điện âm, còn môi trường tích điện
dương. Trong không khí luôn có hơi nước nên nếu cốt thép tiếp xúc với không khí thì
bề mặt cốt thép sẽ có màng nước mỏng. Khí CO2 và có thể có các khí thải công
nghiệp (SO2 , H2S, …) sẽ hoà tan trong màng nước đó tạo nên môi trường điện ly và ăn
mòn cốt thép. Mức độï hay tốc độ ăn mòn cốt thép lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào mức độ
tiếp xúc của cốt thép với môi trường điện ly, tuỳ thuộc vào nồng độ Ion trong môi
trường điện ly và các tác nhân khác (nhiệt độ, xúc tác, …)
Để không xảy ra sự ăn mòn cốt thép thì cần dùng các biện pháp để cách ly hay
tránh tiếp xúc trực tiếp cốt thép với môi trường điện ly.
c. Các giai đoạn làm việc của cốt thép chịu lực
Quá trình cốt thép chịu lực được chia thành ba giai đoạn: đàn hồi, dẻo và phá hoại.
Khi cho ứng suất trong cốt thép tăng dần từ giá trị 0 đến e nào đó, tương ứng biến

dạng cũng tăng dần theo quan hệ tỷ lệ thuận. Đây là giai đoạn đàn hồi của cốt thép.
Nếu tại một giá trị p lân cận sau giá trị e , ứng suất không quan hệ với biến dạng
theo tỷ lệ thuận mà ứng suất không tăng trong khi biến dạng vẫn cứ tăng, thì e được
gọi là ứng suất đàn hồi, p là ứng suất chảy dẻo. Giai đoạn này gọi là giai đoạn chảy
dẻo. Nếu vẫn tiếp tục tăng ngoại lực tác dụng lên cốt thép cho đến khi ứng suất trong
cốt thép lại tăng lên cao nhất c và bị phá hoại. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phá
hoại, c là ứng suất phá hoại hay ứng suất bền.
Biểu đồ minh hoạ các giai đoạn được thể hiện Hình 2.1b.
Giới hạn của các giai đoạn trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phương pháp chế
tạo, thành phần hoá học của các nguyên tố có trong thép, … Nói tóm lại, nó phụ thuộc
vào nhóm và mác thép. Thép cường độ cao có giai đoạn chảy dẻo rất ít, còn thép mác
thấp có giai đoạn chảy dẻo nhiều.
3. Sự làm việc đồng thời của bê tông và thép:
a) Nguyên lý làm việc tương hỗ của kết cấu BTCT chịu lực:
Xi măng trong bê tông có tác dụng như một loại hồ dán cốt thép vào bê tông, đặc
biệt đối với cốt thép có gờ, phần bê tông nằm xung quanh gờ chống lại sự trượt của
cốt thép. Khi bê tông ở trạng thái khô cứng, do ảnh hưởng của co ngót mà bê tông ôm
chặt lấy cốt thép, tạo nên lực ma sát giữa chúng. Nhờ có lực dính mà cường độ của cốt
thép mới được khai thác, bề rộng của vết nứt trong vùng chịu kéo mới được hạn chế.
Do đó, cần thiết phải tăng cường lực dính giữa bê tông và cốt thép.
Như vậy, khi cả bê tông và cốt thép đều đảm bảo tuân thủ tốt tiêu chuẩn chất
lượng vật liệu, thì chúng không xảy phản ứng hoá học với nhau; hơn nữa, bê tông còn
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh

Trang 10


CHƯƠNG II: CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT


bao bọc cốt thép và bảo vệ cốt thép chống lại các tác dụng ăn mòn của môi trường,
hạn chế vết nứt cho chính bê tông.
Một đặc tính chung rất quan trọng giúp chúng có thể tồn tại với nhau ngay cả khi
nhiệt độ môi trường không ổn định là cốt thép và bê tông có hệ số giản nở nhiệt  gần
như nhau:
đối với bê tông:
  0,000010 0,000015
đối với thép:
  0,000012
(trong điều kiện khí hậu Việt nam).
Do đó, khi nhiệt độ thay đổi trong điều kiện thông thường ở Việt nam, kết cấu nhịp
cầu BTCT không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không làm phá hoại lực dính giữa bê
tông và cốt thép.
Mặt khác, bê tông là loại vật liệu chịu nén rất tốt nhưng chịu kéo rất kém (gấp
nhau hơn 10 lần). Sự có mặt của cốt thép trong bê tông có thể khắc phục được nhược
điểm chịu kéo kém của bê tông và phát huy được đặc tính chịu nén tốt của bê tông
trong các kết cấu chịu uốn. Có thể nói, kết cấu BTCT là một loại tổ hợp vật liệu rất
hoàn hảo.
b) Sự bảo vệ cốt thép của bê tông
Như đã phân tích ở trên, cốt thép có vai trò quan trọng trong kết cấu BTCT. Nếu
trọng tâm của tiết diện cốt thép càng cách xa trục trung hoà thì kết cấu có khả năng
chịu lực càng tốt. Song, cốt thép dễ dàng bị phá huỷ hơn nhiều so với bê tông bởi tác
động của môi trường. Do đó, cần phải có lớp bê tông hợp lý để bảo vệ cốt thép. Lớp
bảo vệ này được tính từ mép ngoài bê tông đến mép ngoài gần nhất của cốt thép, nó
không cần quá dày. Nếu quá dày sẽ không tận dụng được khả năng chịu của bê tông,
tải trọng tónh bị tăng, trong khi đó vết nứt vẫn xuất hiện nếu không có giải pháp xử lý.
Chiều dày này là bao nhiêu thì hợp lý. Nó phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể, như:
độ ẩm, mức độ xâm thực của môi trường xung quanh, thành phần bê tông, … Trong lớp
bê tông bảo vệ cốt thép, phải đảm bảo bề rộng khe nứt đủ nhỏ để sự tiếp xúc trực tiếp

giữa cốt thép và môi trường là nhỏ hơn trị số cho phép.
Theo kinh nghiệm đã có ở điều kiện Việt nam, khi trong môi trường khô ráo và
không có sự xâm thực đáng kể thì chiều dày lớp bê tông bảo vệ này là 1 đến 2cm; khi
trong môi trường ẩm ướt thì chiều dày lớp bê tông bảo vệ này có thể từ 2 đến 7cm; khi
trong môi trường xâm thực mạnh thì tuỳ mức độ mà đề ra chiều dày hợp lý và các giải
pháp thích hợp.
II. CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH TRONG KẾT CẤU
NHỊP BTCT:
A. Các hình minh hoạ một số loại vết nứt:

HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khaùnh

Trang 11


CHƯƠNG II: CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT

MẶT ĐỨNG KẾT CẤU NHỊP
P
3
2
5

8

8

9


5

7

A

A

MẶT BẰNG KẾT CẤU NHỊP

11

10

A-A
4

4

1

6

6

Hình 2.2: Một số loại vết nứt trong dầm BTCT tổng quát

8


8

Hình 2.3: Vết nứt do lực cắt

14
2

15

3
16

2

Hình 2.4: Một số loại vết nứt trong dầm BTCT chữ T
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh

Trang 12


CHƯƠNG II: CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT

MẶT ĐỨNG KẾT CẤU NHỊP

neo cáp

17
MẶT BẰNG KẾT CẤU NHỊP


17
neo cáp

18

vị trí neo cáp

MẶT BẰNG KẾT CẤU NHỊP

Hình 2.5: Vết nứt do nén
trong dầm hộp BTCT

19

Hình 2.6: Vết nứt do kéo
trong dầm hộp BTCT

12

Hình 2.7: Vết nứt do lún dẻo

B. Phân loại vết nứt theo phương diện hình học- vị trí:
1.
Vết nứt ngang kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 1; Hình 2.2):
Vết nứt này thường có trong kết cấu nhịp cầu BTCT, chủ yếu do môment uốn gây
ra. Vết nứt này nằm ở đáy trên hoặc đáy dưới của kết cấu nhịp và thường kéo dài
đến hết chiều rộng kết cấu nhịp. Đặc biệt đối với những kết cấu nhịp có độ mảnh
lớn, chiều sâu của vết nứt ngang có thể rất lớn thậm chí xuyên qua cả chiều dày
kết cấu. Ngoài ra, hiện tượng co rút dẻo, lún dẻo, … có thể gây xuất hiện vết nứt

ngang một cách ngẫu nhiên. Chiều rộng của vết nứt ngang do các hiện tượng này
thường không lớn, có trị số giới hạn nhất định; trong khi đó, chiều rộng của vết nứt
ngang do moment uốn có thể rất lớn nếu tải trọng thực tế vựot xa tải trọng thiết kế.
HỌC VIÊN:

Nguyễn Minh Khánh

Trang 13


CHƯƠNG II: CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT

2.
Vết nứt dọc kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 2, 16, 14, 18, 19; Hình 2.2, Hình
2.4, Hình 2.5, Hình 2.6):
Vết nứt này kéo dài theo chiều dài kết cấu nhịp, thường xuất hiện do các phần kết
cấu liên kết dọc với nhau không đảm bảo (vị trí cốt thép không đúng, không đủ
hàm lượng côt thép tại mặt cắt dọc theo vết nứt, chiều dày không đủ,…). Đối với
kết cấu nhịp dầm chữ I hoặc chữ T, khi không có dầm ngang hoặc khoảng cách
giữa các dầm ngang quá lớn thì cũng có thể gây ra vết nứt ở bản mặt cầu dọc theo
các dầm. Ngoài ra, hiện tượng co rút dẻo, lún dẻo, … có thể gây xuất hiện vết nứt
dọc một cách ngẫu nhiên. Trong trường hợp ngẫu nhiên này, vết nứt dọc thường có
chiều dài không lớn.
3.
Vết nứt theo chiều đứng kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 3; Hình 2.2, Hình
2.4):
Vết nứt này xuất hiện theo phương thẳng đứng, có thể do giá trị môment uốn thực
tế tăng vượt xa giá trị môment thiết kế, gây ra hiện tượng vết nứt ngang ở đáy dầm
phát triển cao theo phương đứng. Trường hợp mới thi công các dầm kết cấu nhịp
xong, phát hiện vết nứt ngang và vết nứt đứng nằm trong cùng một tiết diện, thì

nguyên nhân thường là do sự lún không đều của hệ đỡ (ván khuôn, dàn dáo, …).
Ngoài ra, hiện tượng co rút dẻo, lún dẻo, … có thể gây xuất hiện vết nứt theo chiều
đứng một cách ngẫu nhiên.
4.
Vết nứt chéo kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 4, 9; Hình 2.2):
Vết nứt này thường do môment xoắn gây ra; tuy nhiên, vết nứt chéo do môment
xoắn gây ra rất ít khi xuất hiện, trừ trường hợp lún không đều của hệ đỡ (ván
khuôn, dàn dáo, …) gây moment khi mới đúc xong; kết cấu nhịp cong có cấu tạo
không hợp lý. Ngoài ra, hiện tượng co rút dẻo, lún dẻo, … có thể gây xuất hiện vết
nứt ngang một cách ngẫu nhiên.
5.
Vết nứt góc kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 5; Hình 2.2): thường do va đập
góc đầu dầm vào các vật cứng khác.
6.
Vết nứt mép kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 6; Hình 2.2):
Trường hợp này thường phản ánh chất lượng thi công cũng như chất lượng vật tư
được đưa vào sử dụng cho các dầm kết cấu nhịp. Cốt thép bị dính, bị bao bọc bởi
hoá chất nào đó hoặc bị han rỉ mà không được gia công tẩy sạch, sẽ dễ dàng gây
nứt phần bê tông mép dọc theo cốt thép dọc của dầm. Các nguyên nhân khác gây
ra vết nứt mép cũng có thể được kể đến như co rút dẻo, lún dẻo, …
C. Phân loại vết nứt theo phương diện lực gây ra
1. Vết nứt do moment uốn ở kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 7, 14; Hình 2.2,
Hình 2.4):
Vết nứt này thường có ở hầu hết các dầm chịu uốn tại các điểm chịu uốn của dầm
ngang cũng như dầm dọc. các kết cấu BTCT chịu uốn, có hai phần bê tông chịu
kéo và nén ở hai phía của trục trung hoà. Phần bê tông chịu kéo nhanh chóng bị
nứt do cường độ chịu kéo của bê tông rất nhỏ. Đối với bê tông từ phần mép chịu
kéo đến cốt thép dọc gần nhất của dầm, chiều rộng vết nứt là lớn nhất; phần bê
HỌC VIÊN:


Nguyễn Minh Khánh

Trang 14