Bê tông khối lớn- công tác bảo ôn và giám sát nhiệt độ để chống nứt do ứng suất nhiệt trong quá trình thi công ở điều kiện khí hậu việt nam.

ThS. Nguyễn Sơn Lâm
KS. Nguyễn Quyết Chiến
Viện KHCN Xây dựng.

ABstract: The need to control volume change induced primarily by
temperature change in mass concrete has led to the development of
cooling and insulating systems for use in mass concrete construction.
This report reviews the measures commonly taken (Precooling and
post-cooling) and recent measure as insulation system being used for
temperature control. The procceder for tempereture control has been
conducted by IBST at some project such as thermopower plant Pha Lai 2,
thermopower plant Phu My 3 and thermopower plant Uong Bi (expansion) 2.

1- Đặt vấn đề.
Kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép được coi là khối lớn khi có kích
thước đủ để gây ứng suất kéo, phát sinh do hiệu ứng nhiệt thuỷ hóa của
xi măng, vượt quá giới hạn kéo của bê tông làm nứt bê tông và do đó cần
phải có biện pháp để phòng ngừa vết nứt. Trong điều kiện nóng ẩm Việt
Nam, kết cấu có cạnh nhỏ nhất (a) và chiều cao (h) lớn hơn 2m có thể
được xem là khối lớn. Bê tông khối lớn bị nứt do hiệu ứng nhiệt thuỷ hóa
xi măng khi có đủ 2 yếu tố : Độ chênh lệch nhiệt độ DT giữa các điểm
hoặc các vùng trong khói bê tông vượt quá 200C; Modun chênh lệch nhiệt
độ MTgiữa các điểm trong khối bê tông đạt không dưới 500C/m.
Đối với các kết cấu có kích thước vượt qúa giới hạn trên thì cần phải có
giải pháp phòng ngừa nứt ch be tông ngay từ khâu thiết kế và thi công.
Hiện tượng nứt do nhiệt gây ra trong bê tông khối lớn có thể khống chế
được khi áp dụng các giải pháp hữu hiệu để giảm lượng nhiệt phát sinh
cũng như mức độ thay đổi của nhiệt độ. Các giải pháp thường được sử dụng
bao gồm : làm lạnh trước, làm lạnh sau khi thi công hoặc kết hợp cả hai
giải pháp và một giải pháp hiện nay đang được sử dụng phổ biến là cách
nhiệt cho bề mặt bê tông tiếp xúc với môi trường. Mức độ kiểm soát nhiệt
độ để chống nứt thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : Vị trí địa
lý, chiều cao và độ dày của kết cấu, đặc trưng của cốt liệu, tính chất
của bê tông... Bài báo này sẽ đề cập đến một số giải pháp khống chế và
quy trình đo đạc kiểm soát nhiệt độ đã được nhóm tác giả thực hiện tại
một số công trình lớn như công trình xây dựng móng tuốc bin, móng ống
khói nhà Nhiệt điện Phả Lại 2, nhà máy nhiệt điện Phú Mý 3- Bà Rịa Vũng
Tàu, nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng giai đoạn 2.

2- Các giải pháp khống chế nhiệt độ.
2.1- Giải pháp làm lạnh trước.
Hiện tượng nứt bê tông do ứng suất kéo phát sinh do hiệu ứng nhiệt thuỷ
hóa của xi măng cần phải được quan tâm xem xét cả trên bề mặt và ngay
trong bản thân khối bê tông. Một trong những giải pháp hữu hiệu để có
thể phòng và tránh được hiện tượng nứt bê tông do nhiệt là kiểm soát
nhiệt của hỗn hợp bê tông khi thi công. Kiểm soát nhiệt của hỗn hợp bê
tông có thể thực hiện thông qua các biện pháp sau:
- Hạn chế lượng xi măng sử dụng.
- Dùng loại xi măng ít tỏa nhiệt.
- Hạ nhiệt độ hỗn hợp bê tông (hạ nhiệt độ cốt liệu, hạ nhiệt độ nước dùng để trộn bê tông, che đậy hỗn hợp bê tông).

2.2- Giải pháp làm lạnh sau.
Kiểm soát nhiệt độ của khối bê tông có thể được thực hiện một cách hiệu
quả bằng việc tuần hoàn nước lạnh qua hệ thống ống kim loại mỏng đã được
lắp đặt sẵn trong khối bê tông. Lượng nhiệt được đưa ra ngoài khối bê
tông phụ thuộc vào kích cỡ đường ống kim loại, thể tích và nhiệt độ đầu
vào của nước tuần hoàn. Lượng nhiệt trong khói bê tông được đưa ra ngoài
sau một vài ngày kể từ khi tiến hành đổ bê tông sẽ làm giảm được đáng
kể gía trị nhiệt độ cực đại tại tâm của khối bê tông. ống kim loại được
sử dụng để giải phóng nhiệt có thể là ống nhôm hoặc ống thép mỏng có
đường kính trong khoảng 25-30mm và thành ống dày 1,5mm. Nước được hệ
thống bơm bơm chảy qua hệ thống ống thoát nhiệt có vận tốc trong khoảng
15-17 l/phút. Hình 1 giới thiệu hệ thống ống thép lấy nhiệt ra khỏi khối
bê tông đã được lắp đặt vào khối móng tuốc bin 800 m3 tại nhà máy nhiệt
điện Uông Bí mở rộng.

3- Bảo ôn bề mặt bê tông khối lớn.
Sau khi công tác đổ bê tông thực hiện xong, nhiệt độ của bê tông sẽ tăng
lên do qúa trình thủy hóa xi măng. Nhiệt độ trong tâm khối bê tông sẽ
tăng đoạn nhiệt. Tuy vậy tại bề mặt của khối bê tông (có cốp pha hoặc
không có cốp pha) tiếp xúc với môi trường bên ngoài (đất, không khí),
lượng nhiệt phát sinh sẽ được truyền ra môi trường xung quanh với mức độ
khác nhau phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt bê tông và
nhiệt độ môi trường. Do vậy sự tăng nhiệt độ của bê tông tại các lớp
ngoài sẽ nhỏ hơn sự tăng nhiệt độ tại các lớp trong khối bê tông. Kết
quả của quá trình này dẫn đến kết quả là tăng đều gradient nhiệt giữa bề
mặt và trong lòng khối bê tông. Sự tăng nhiệt độ bên trong khối bê tông
và giảm nhiệt độ môi trường xung quanh sẽ làm tăng gradient nhiệt và
đến một chừng mực nào đó có thể gây nứt bê tông.
Để có thể giảm gradient nhiệt giữa vùng tâm với bề mặt của khối bê tông
cũng như giữa bề mặt của khối bê tong với môi trường bên ngoài và khống
chế tốc độ thoát nhiệt của khối bê tông ra môi trường bên ngoài, các
loại vật liệu cách nhiệt có thể được sử dụng để bảo ôn mặt bê tông. Các
loại vật liệu cách nhiệt có thể sử dụng bao gồm : Tấm xốp polystyren
hoặc polyurethan có độ dầy 4-5cm với khối lượng thể tích không dưới
20kg/m3 ; tấm bông khoáng thủy tinh (glas wool) có chiều dày 5-10cm có
khối lượng thể tích khoảng 30kg/ m3. Ngoài ra còn có thể dùng các loại
vật liệu khác như rơm rạ, trấu thóc, hạt polystyren xốp. Bảo ôn bề mặt
khối bê tông được giới thiệu ở hình 2.
Vật liệu cách nhiệt được bọc thành xung quanh khối đổ áp sát mặt ngoài
cốp pha thành trước lúc đổ bê tông. Lớp mặt bê tông được phủ lớp cách
nhiệt ngay sau khi hoàn thiện bề mặt hoặc phủ cuốn chiếu nếu bề mặt bê
tông lớn. Lớp cách nhiệt bao gồm các lớp sau tính từ bề mặt bê tông :
lớp nilon cách nước, lớp bông khoáng cách nhiệt, lớp xốp cách nhiệt và
trên cùng là lớp chống mưa bằng vải bạt hoặc nilon. Thành phần và độ dày
của từng lớp cách nhiệt có thể thay đổi cho từng trường hợp cụ thể. Có
thể phải bổ sung lớp cách nhiệt trong trường hợp các thông số quan trắc
nhiệt độ cho thấy chênh lệch nhiệt độ vựơt qua giới hạn cho phép.

3- Công tác đo đạc kiểm soát nhiệt độ tại hiện trường.

3.1- Thiết bị sử dụng.
- Thiết bị đo nhiệt độ tự động 12-channel Thermometer -USA với độ chính xác ± 0,10C.
- Đầu đo nhiệt độ Cu- Constantan với độ chính xác ±0,10C.
Thiết bị đo quan trắc giám sát nhiệt độ được giới thiệu ở hình 3.

3.2- Lắp đặt đầu đo nhiệt tại hiện trường.
- Việc bố trí điểm đo nhiệt bê tông khối lớn phải đảm bảo phản ánh chân
thực chênh lệch nhiệt độ giữa vùng tâm và cùng bề mặt ngoài của bê tông
khối lớn cũng như nhiệt độ không khí môi trường.
- Số lượng đầu đo nhiệt sẽ được xác định phụ thuộc vào hình dáng, kích thước cụ thể của khối bê tông.
- Đầu đo nhiệt sau khi được chế tạo hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm
theo các quy định sẽ được tiến hành lắp đặt tại hiện trường thi công.
- Vị trí lắp đặt đầu đo phải được bảo vệ cố định chắc chắn đồng thời
phải cách nhiệt tuyệt đối với kim loại gía cố định và kết cấu thép.
- Dây dẫn của đầu đo phải được bố trí tập trung và bảo vệ để tránh đứt trong qúa trình thi công và sau thi công ;
- Các đầu đo sau khi được lắp đặt tại các vị trí đã chọn cần phải được
đo thử để đảm bảo thông mạch và không có đầu đo nào bị hỏng.
- Các đầu đo quan trắcc nhiệt độ tại vùng tâm khối bê tông cần phải đặt trong ống bảo vệ bằng nhựa PVC ;
- Các đầu đo nhiệt độ mặt ngoài và nhiệ độ đáy khối bê tông được lắp vào
bê tông ở độ sâu 50mm tính từ mặt ngoài hoặc mặt đáy bê tông làm chuẩn.
- Các vị trí có mức độ thoát nhiệt nhanh của khối bê tông như tại các gờ
cạnh và góc kết cấu phải được lắp đặt các đầu đo kiểm soát nhiệt độ.
Hình 4 cho thấy các vị trí các đầu đo đã được lắp đặt trong khối bê tông trước khi thi công.

3- Đo đạc kiểm soát nhiệt độ của khối bê tông sau hoàn th ành công tác đổ bê tông.
Sau khi công tác lắp đặt các đầu đo quan trắc nhiệt độ hoàn chỉnh. Công
tác đo đạc giảm chênh lệch nhiệt độ của khối bê tông được thực hiện ngay
sau khi công tác đổ bê tông hoàni thành. Quy trình quan trắc giám sát
nhiệt độ được thực hiện theo ba giai đoạn : Giai đoạn thứ nhất trong
vòng 48 tiếng đầu tiên,thông số nhiệt độ của khối bê tông và nhiệt độ
không khí được thiết bị đo ghi lại 2 tiếng một lần. Trong vòng 72 tiếng
tiếp tiếp theo chu kỳ đo ghi nhiệt độ là 3 tiếng một lần. Sau đó việc
quan trắc sẽ được tiến hành với chu kỳ đo là 4 tiếng một lần cho đến khi
kết thúc. Tổng số thời gian quan trắc giám sát nhiệt độ khoảng 2 tuần
tuỳ theo vị trí địa lý, điều kiện khí hậu và theo mùa. Số liệu đo đạc
thực tế tại một số công trình cho thấy nhiệt độ vùng tâm của khối bê
tông đạt giá trị cao nhất sau thời gian từ 35 đến 40 giờ. Gía trị này
thường đạt trong khoảng từ 750C đến 820C (bê tông móng tuốc bin nhiệt
điện Uông Bí mở rộng 800 m3 có nhiệt độ cực đại là 820C ( thực hiện vào
tháng 9/2004), bê tông móng ống khói nhiệt điện Phả Lại 2 có nhiệt độ
cao nhất là 76,80C (thực hiện vào 6/1999), Tại nhiệt điện Phú Mỹ 3 (thực
hiện vào 6/2002) bê tông móng tuốc bin mã số 10 UMA TB 800 m3 có nhiệt
độ cực đaị là 81,50C, móng mã số 12 UMB TB 436 m3 có nhiệt độ cực đại là
80,80C, móng mã số 11 MUB TB 436 m3 có nhiệt độ cực đại là 80,70C).
Công tác bơm nước lấy nhiệt từ vùng tâm của khối bê tông được tiến hành
ngay và song hành với công tác đo nhiệt. Thời gian bơm nước để lấy nhiệt
ra khỏi khối bê tông được tính từ khi bơm cho đến khi nhiệt độ của vùng
tâm khối bê tông bắt đầu giảm. Kết quả đo đạc đối với khối bê tông móng
tuốc bin của nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng là 800 m3
(18/9/2004-28/9/2004) cho thấy nhiệt độ của nước vào hệ thống đường ống
là 28,70C và nhiệt độ ra khỏi hệ thống là 46,50C. Sau đó nhiệt độ giảm
dần. Thời gian bơm nước liên tục là khoảng 75 giờ.
Các tính toán chiều dày lớp cách nhiệt áp dụng cho tất cả các khối bê
tông đều đảm bảo duy trì được mức chênh lệch nhiệt độ giữa vùng tâm và
bề mặt ngoài của khối bê tông cũng như chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt
ngoài của khối bê tông và nhiệt độ của môi trường không khí trong giới
hạn cho phép từ 20-250C. Ví dụ: chênh lệch nhiệt độ giữa vùng tâm và bề
mặt ngoài của khối bê tông 12 UMB TB 800 m3 tại Phú Mỹ là 19,30C vào
thời điểm ứng với nhiệt độ vùng tam đạt giá trị cực đại.
Việc tháo dỡ các lớp cách nhiệt cũng được quyết định bởi thông số quan
trắc nhiệt độ thu được hàng ngày. Ví dụ : Tại nhà máy nhiệt điện Uông Bí
mở rộng giai đoạn 2 việc tháo dỡ dần các lớp cách nhiệt đã đựơc tiến
hành sau thời gian đo đạc là 192 giờ và tháo dỡ hẳn các lớp cách nhiệt
được tiến hành sau 240 igờ đo đạc khi các thông số về nhiệt độ của vùng
tâm, bề mặt ngoài và nhiệt độ không khí cho thấy mức chênh lệch giữa
chúng nằm trong giới hạn cho phép không gây nứt cho bê tông.

4- Kết luận và kiến nghị.
Công tác thi công bê tông khối lớn ngoài việc tuân thủ các quy định theo
TCVN hiện hành thì cần phải lưu ý đến hiện tượng nứt bê tông do hiệu
ứng nhiệt thuỷ hóa của xi măng.
Bê tông khối lớn có lượng nhiệt sinh ra do sự thủy hóa xi măng tương đối
lớn. Lượng nhiệt này trong khối bê tông nếu không được đưa ra ngoài và
khối bê tông không được bảo ôn tốt cũng như thực hiện một số giải pháp
làm lạnh trứơc sẽ có thể gây ra nứt cho khối bê tông do hiệu ứng nhiệt
thuỷ hóa của xi măng gây ra ứng suất kéo vượt qúa giới hạn kéo của bê
tông.
Nếu trong trường hợp không thể chia nhỏ khối bê tông lớn để thi công thì
phải thực hiện các giải pháp nêu trên cùng với việc đo đạc quan trắc
biến thiên nhiệt độ của khối bê tông, chênh lệch nhiệt độ giữa vùng tâm,
vùng bề mặt ngoài của khối bê tông và chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt
khối bê tông và nhiệt độ môi trường để quyết định thực hiện các giải
pháp như thoát nhiệt, bảo ôn thêm nếu cần và quyết định được thời gian
tháo dỡ lớp bảo ôn mà không gây ảnh hưởng đến chất lượng thi công bê
tông khối lớn.


tài liệu tham khảo

1- Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 305:2004, Bê tông khối lớn - Quy phạm thi công và nghiệm thu.
2- Cooling and Insulating Systems for Mass Concrete. ACI 207.4R-93
3- Standard Practice for Curing Concrete (ACI 308-92)
4- Báo cáo quan trắc kiểm soát nhiệt độ cho bê tông khối lớn tại nhà máy nhiệt điện Phả lại 2. Viện KHCN Xây dựng 6/1999.
5- Báo cáo quan trắc kiểm soát nhiệt độ cho bê tông khối lớn tại Nhiệt điện Phú Mỹ 3, Viện KHCN Xây dựng, 6/2002.
6-Báo cáo quan trắc kiểm soát nhiệt độ cho bê tông khối lớn tại nhiệt
điện Uông Bí mở rộng giai đoạn 2, Viện KHCN Xây dựng, 9/2004.