KHỐNG CHẾ NHIỆT TRONG
BÊ TÔNG KHỐI LỚN


Mục lục
KHỐNG CHẾ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN ......................................................... I
Mục lục................................................................................................................................. II
CHƯƠNG 1: NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA NỨT NẺ
VỀ NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN ......................................................................... 1
1.1. Ứng suất nhiệt của bê tông .......................................................................................... 1
1.1.1. Nứt nẻ bề mặt ....................................................................................................... 1
1.1.2. Nứt xuyên khối bê tông ........................................................................................ 2
1.2. Biện pháp giảm ứng suất nhiệt trong bêtông ................................................................ 4
1.2.1. Giảm lượng phát nhiệt của bêtông ........................................................................ 4
1.2.2. Hạ thất nhiệt độ đổ bê tông ................................................................................... 4
1.2.3. Tăng tốc độ toả nhiệt của bêtông........................................................................... 5
CHƯƠNG 2: KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT Ở ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM
LĂN ...................................................................................................................................... 6
2.1. Ứng suất ràng buộc bên ngoài ..................................................................................... 6
2.1.1. Hệ số ràng buộc của nền đá: ................................................................................. 7
2.1.2. Hệ số ràng buộc của bê tông cũ: ........................................................................... 9
2.2. Ứng suất ràng buộc bên trong .................................................................................... 11
2.2.1. Ứng suất nhiệt ràng buộc bên trong do khe thi công nằm ngang sinh ra. ............. 12
2.2.2. Mặt đập thượng hạ lưu phát sinh ứng suất nhiệt rằng buộc bên trong. ................. 15
2.3. Khống chế nhiệt độ ở đập bêtông đầm lăn ................................................................. 18
2.4. Phân tích quá trình (biến hoá) thay đổi nhiệt độ ......................................................... 19
2.4.1. Những giả định khi dùng phương pháp Carlson để tính toán, phân tích mô hình: 21
2.4.2. Chiều dày tầng đổ bê tông và biến hoá của nhiệt độ ............................................ 22
2.4.3. Tốc độ đổ bê tông và sự biến hoá nhiệt độ .......................................................... 25
2.4.4. Làm lạnh trước và không làm lạnh trước với quá trình thay đổi nhiệt độ. ............ 26
2.5. Khống chế nhiệt độ ở đập bê tông đầm lăn ở Trung Quốc .......................................... 27


Hình 1-1. Phân bố ứng suất nhiệt của tường
1. Khu ứng suất nén. 2. Khu ứng xuất kéo 3. Nứt nẻ bề mặt.

1


Hình 1-2. Nứt nẻ bề mặt và nứt xuyên ở đập bê tông
1. Nứt bề mặt.

2. Nứt xuyên

Nứt nẻ bề mặt thường xuất hiện sau khi đổ bê tông 1 tuần.
Ứng suất nhiệt độ ở bề mặt của khối bêtông có thể xác định theo công
thức sau:


E
T
1 

Trong đó:
2

 - ứng xuất kéo lớn nhất có thể phát sinh ở mặt khối bê tông (N/m )
-5

0

 - Hệ số dãn nở vì nhiệt của bêtông, thường là (0,8  1) x 10 (1/ C)



EKR
T
1 

Trong đó:
- Hệ số từ biến của bêtông K = 0,5
- Hệ số kiếm chế của nền đối với bê tông. Hệ số này phụ thuộc vào kích
thước của khối bê tông (xem hình 1-4 và bảng 1-1).
Bảng 1-1
y/L

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

R

0,55

0,4

- Dùng chất phụ gia hoá dẻo, thuốc gia khí
- Dùng bê tông độn đá bộc
- Phân vùng ứng lực công trình, dùng mác bê tông khác nhau
- Dùng cấp phối hợp lý nhất
- Dùng cường độ bêtông thời kỳ cuối khi thiết kế công trình.
b) Thi công đập bêtông bằng cách dùng khối bêtông đúc sẵn
c) Dùng xi măng ít toả nhiệt
1.2.2. Hạ thất nhiệt độ đổ bê tông

a) Dùng nước đá trộn bê tông
b) Làm lạnh cốt liệu (đá, sỏi, cát) trước khi trộn bêtông
4


c) Đổ bê tông lúc nhiệt độ khí trời thấp như đổ bêtông vào mùa đông, mùa
hè đổ bêtông vào ban đêm.
1.2.3. Tăng tốc độ toả nhiệt của bêtông

a) Giảm chiều dày (chiều cao) khoảnh đổ… Bố trí tuần tự khoảnh đổ để
kéo dài thời gian gián cách giữa khoảnh đổ và khoảnh đổ trên nó.
b) Tăng diện tích mặt toả nhiệt.
c) Hạ thấp nhiệt độ ở mặt toả nhiệt như tưới nước lạnh.
c) Tăng tốc độ toả nhiệt bên trong bằng cách chôn đường ống dẫn nước
lạnh, chừa giếng đứng trong khối bêtông (xem hình 1-5).

Hình 1-5. Sơ đồ bố trí đường ống làm lạnh trong khối đổ

5



đàn hồi trong thời gian dưỡng hộ ban đầu nhỏ, cùng với sự tăng lên của thời
gian dưỡng hộ, mô đuyn đàn hồi càng lớn. Ngoài ra nhiệt độ ổn định cuối cùng
nói chung thấp hơn nhiệt độ cao nhất, như vậy lượng thay đổi nhiệt độ là trị số
âm. Trong trường hợp này cuối cùng ứng suất trong bê tông là ứng suất kéo.
Đồng thời do môđuyn đàn hồi biến thành nhỏ khi nhiệt độ bê tông tăng lên, do
đó có thể suy đoán ra ứng suất nén lúc này cũng nhỏ, vì thế có thể cho rằng ứng
suất ràng buộc của nền đá thông thường là ứng suất kéo.
Do sự ràng buộc của nền đá hoặc bê tông cũ, ứng suất  sinh ra ở trong bê
tông là:


R.Ec. .F
1 

(2-1)

Trong đó:
R

: Hệ số ràng buộc của bê tông cũ hay nền đá

Ec

: môđuyn đàn hồi của bêtông



: Hệ số nở tuyến tính của bêtông

F

 
E R L 

(6-2)

Đem công thức này so sánh với công thức (6-1) cho thấy, hệ số ràng buộc
của nền đá R là hàm số của

E
H
và C
ER
L

Từ thảo luận ở trên có thể làm rõ, hệ số ràng buộc của nèn đá to hay nhỏ,
không thể trực tiếp căn cứ vào chiều dài L của khối bê tông để quyết định, mà
phải căn cứ vào tỷ lệ giữa chiều dài và chiều cao H/L để quyết định.
Kết luận này là hết sức quan trọng. Hình vẽ 6-2 biểu thị bộ phận giữa mặt
tiếp xúc có sự ràng buộc lớn nhất, hệ số ràng buộc lớn hoặc bé tương ứng với
những H/L, EC/ER khác nhau. Từ hình vẽ 2-2 cho thấy:
1- Tỷ lệ chiều cao đổ bê tông và chiều dài phân đoạn H/L càng nhỏ thì sự
ràng buộc bên ngoài càng lớn.
2- Tỷ lệ giữa mô đuyn đàn hồi của nền đá và bê tông EC/ER càng nhỏ thì
hệ số ràng buộc bên ngoài càng lớn.
3- Hệ số ràng buộc bên ngoài, ở mặt đáy của khối đổ là lớn nhất, hướng
của ứng suất sinh ra song song với mặt đáy, vị trí khối đổ càng lên trên, hệ số
ràng buộc càng nhỏ, khi khối đổ mà H/L càng lớn thì xu hướng này càng rất rõ
ràng.

8

 = 1 x 10-5/0C (lấy trị số thường dùng)
F = 250C (chênh lệch giữa độ cao nhất và nhiệt độ ổn định cuối cùng)
 = 9,25 x 2 x 105 x 1 x 10-5 x 25 = 12,5kgf/cm2

Hình 2-3. Hệ số ràng buộc bên ngoài của bê tông cũ đối với bê tông mới

Ở đập Đại Xuyên:
R = 0.4 (giả định EC/ER = 5 từ bản vẽ 6-2 xác định
E0 = 2 x 10-5 kgf/cm2 (xét đến do nhuyễn biến mà dẫn đến ứng suất thả
lỏng, lấy mô đuyn đàn hồi hữu hiệu).
 = 1 x 10-5/c (lấy trị số thường dùng)
F = 150C (chênh lệch thực đo giữa nhiệt độ ổn định cuối cùng và nhiệt
độ cao nhất).
 = 0,4 x 2 x 105 x 1 x 10-5 x 15 = 12Kgf/cm2 giả thiết cường độ kháng
kéo của bê tông bàng 1/10 cường độ kháng nén của bêtông, thì cường độ kháng
kéo thỏa mãn yêu cầu chống lại ứng suất nhiệt độ. Đối với bản máy đập Đại
Xuyên đã tiến hành điều tra tỷ mỷ, không phát hiện do có sự ràng buộc bên
10


ngoài mà dẫn đến nứt có thể nhìn thấy được. Ngoài ra đối với thân đập bê tông,
sau khi đập hoàn công, do trọng lượng bản thân và áp lực nước tĩnh dẫn đến ứng
suất là ứng suất nén, có xu hướng triệt tiêu kéo.
2.2. Ứng suất ràng buộc bên trong
Cái gọi là ràng buộc bên trong là chỉ khi trong bê tông mới đổ sinh ra bậc
thang nhiệt độ, trong bê tông do có sự co lại và nở ra dẫn đến sự chênh lệch lớn
nhỏ của ứng biến mà tạo thành ứng suất. Ví dụ ở trong nội bộ bê tông mới đổ do
có thủy hóa nhiệt mà dẫn đến nhiệt độ tăng lên, làm cho bê tông nở ra. Nhưng
chung quanh bề mặt của bê tông, thủy hóa nhiệt hướng ra ngoài phát tán, nhiệt
độ cơ bản không tăng. Khi mà nhiệt độ bên ngoài hạ xuống đột ngột, nhiệt độ bề

nhằm vào bê tông có thời gian dưỡng hộ ngắn như thế này để tiến hành phân
tích. Ví dụ trong một khối đàn hồi hồi dạng bản (bê tông) phát sinh bậc thang
nhiệt độ, nếu như hình dáng phân bố của nhiệt độ là đối xứng với trung tâm hình
parabôn thì ứng suất nhiệt có thể dùng công thức sau đây để biểu thị:


1
Ec(F (trung tâm)
3



2
EcF (bề mặt)
3

Trong đó:
Ec, , giống như trước, F biểu thị chênh lệch nhiệt độ ở bề mặt và trung
tâm.
Hình 2-4 biểu thị dọc theo mặt cắt hướng thượng hạ lưu, chiều dài tầng
30m, chiều cao tầng đổ bêtông 1,5 m, quá trình thay đổi nhiệt độ và ứng suất
nhiệt độ tương ứng của nó trong tầng không tiến hành làm lạnh trước và thời
gian ngừng đổ là 5 ngày. Vì thời gian ngừng là 5 ngày, vì thế trong bản vẽ thể
hiện quá trình thay đổi của ứng suất nhiệt và quá trình thay đổi nhiệt cho đến khi
ở trên đổ được tầng mới. Từ kết quả phân tích cho thấy:
(1) Do có sự ràng buộc bên trong (bậc thang nhiệt độ) mà sinh ra ứng suất
nhiệt ở bề mặt, biểu hiện là ứng suất kéo, ở bên trong tầng biểu hiện là ứng suất
nén. Ứng suất nhiệt này cùng với ứng suất nén của nhiệt độ ràng buộc ở bên
ngoài, tuỳ theo nhiệt độ bình quân của tầng đổ bê tông thay đổi mà kết hợp với
nhau, kết quả là chịu sự tác động của ứng suất nén của nhiệt độ.

cấu tạo của đập và tính năng của nó tương đối nhỏ. Nhưng loại vết nứt này luôn
luôn xuất hiện, thường thường trở thành sự khởi đầu dẫn đến vết nứt ràng buộc
bên ngoài.
Ngoài ra ảnh hưởng đối với chiều dài của khối bê tông về cơ bản không
cần xem xét mà chỉ xem xét đến sự ràng buộc có khác nhau chút ít ở đầu cuối.
Để đề phòng sự ràng buộc bên trong dẫn đến nứt, phải làm cho bậc thang
nhiệt độ thay đổi không nhanh quá, do đó phương pháp khống chế nhiệt độ được
quy nạp như sau:
(1) Thời gian nghỉ bêtông giữa các tầng phải giữ như nhau, trước sau phải
theo một tốc độ như nhau để đổ bêtông hơn nữa đối với bề mặt tầng đặc biệt
phải tránh bộc lộ thời gian dài ra ngoài không khí để đề phòng phát sinh bậc
thang nhiệt độ quá lớn.
(2) Tiến hành làm lạnh trước đối với cốt liệu
Khi không tiến hành làm lạnh trước, ứng suất nén ở phụ cận mặt tầng về
cơ bản xấp chỉ "0". Khi nhiệt độ bên ngoài hạ thấp đột ngột, làm cho có khả
năng xuất hiện vết nứt. Khi tiến hánh làm lạnh trước nhìn tổng thể có thể giảm
bớt bậc thang nhiệt độ đồng thời có thể làm cho nhiệt độ bình quân tăng lên, dẫn
đến ứng suất nhiệt thay đổi theo hướng ứng suất nén.
2.2.2. Mặt đập thượng hạ lưu phát sinh ứng suất nhiệt rằng buộc bên trong.

Trong kỳ lạnh giá thứ nhất sau khi đổ bêtông, chênh lệch nhiệt độ ở phụ
cận bề mặt và bên trong thân đập là rất lớn, đặc biệt là những tầng bê tông đổ
vào mùa hạ lại càng nổi bật. Đối với tình hình này, đập Đảo Địa Xuyên giả thiết
biến dạng theo mặt phẳng, ứng suất hướng trục đập trên các mặt phẳng dùng
phương pháp phần từ hữu hạn để tính toán, tính được ứng suất kéo lớn nhát bề
mặt là 33Kgf/cm2. Trị số tính toán này theo phương pháp đàn hồi để tính toán,
và giả định trạng thái nhiệt độ phát sinh thay đổi tức thời, tính chính xác của nó
cần phải nghiên cứu sâu hơn. Nhưng có thể dự đoán mặt đập thượng lưu và hạ
lưu, bất luận thế nào cũng phát sinh ứng suất kéo tương đối lớn.
Cần phải đặc biệt chú ý, dù cho trải qua thời gian dưỡng hộ tương đối dài

(3) Sau khi bê tông đổ đến một độ rất cao, cần phải làm cho nhiệt độ hạ
xuống, tốc độ hạ xuống của nhiệt độ cao nhất phải nhỏ. Biện pháp khống chế
nhiệt độ, do đề phòng sự ràng buộc của bên trong dẫn đến khe nứt gồm:
1- Rút nhỏ bậc thang nhiệt độ trong bê tông, vì thế sử dụng thời gian đổ
cách quãng thích đáng phải tiến hành đổ bê tông với một tốc độ như nhau. Gián
đoạn đổ bê tông trong thời gian dài, có thể tạo thành trên tầng thứ nhất phát sinh

16


bậc thang nhiệt độ hoặc ứng suất kéo vì thế nhất định phải hết sức tránh trường
hợp này.
2. Sau khi vừa đổ xong bê tông của khe thi công nằm ngang, áp lực nhiệt
ràng buộc bên ngoài, do có tác dụng triệt tiêu sự ràng buộc bên trong nên dẫn
đến ứng suất kéo.
Nếu thực hiện làm lạnh trước thì hiệu quả này rất lớn.
3- Để đề phòng ở mặt đập thượng lưu và hạ lưu phát sinh khe nứt, trên bề
mặt dùng loại vật liệu cách nhiệt thích hợp để bảo hộ là có hiệu quả.
4- Khi nhiệt độ hàng ngày có thay đổi lớn, phụ cận bề mặt, khe thi công
nằm ngang, có nguy cơ sinh ra khe nứt, vì thế cần phải dưỡng hộ một cách đầy
đủ và căn cứ vào tình hình mà tiến hành bảo hộ cách nhiệt.
5- Trong trường hợp mặt phẳng nằm ngang có diện tích lớn như tấm bản
đáy lộ ra ngoài khi chịu ảnh hưởng rất lớn nhiệt độ khí hậu bê ngoài thì phải tiến
hành khống chế nhiệt độ hết sức cẩn thận.
Khi thi công bê tông đầm lăn, ràng buộc bên ngoài có những đặc điểm sau
đây:
1. Về vấn đề ràng buộc bên ngoài dẫn đến khe nứt:
Có thể cho rằng ảnh hưởng do không bố trí khe dọc mà hình thành khối
đổ dài và không dùng hệ thống làm lạnh sẽ tạo thành nhiệt độ cao nhất tăng lên.
Nhưng dùng thời gian đổ bêtông cách nhau thích đáng, về cơ bản có thể đạt

tương đối lớn, nên tiến hành đổ bêtông vào thời gian nhiệt độ bên ngoài tương
đối thấp.
(5) Khi cần thiết, dùng phương pháp thích đáng để làm lạnh trước cho
một bộ phận hoặc toàn bộ vật liệu, để hạ thấp nhiệt độ khi đổ bêtông và hạ thấp
nhiệt độ cao nhất của bêtông. Biện pháp làm lạnh trước so với biện pháp dùng
ống nước để làm lạnh giảm đi được 50% chi phí.
(6) Trong bêtông, khi thời gian gián đoạn đổ bêtông tương đối dài, bề mặt
tầng đổ bêtông phải phủ một lớp màng mỏng bảo ôn để đề phòng bêtông ở phụ
cầu bề mặt lạnh quá.
(7) Dùng biện pháp phun nước làm ẩm ướt để dưỡng hộ.
Những phương pháp này nói chung không dùng một cách đơn độc, mà
phối hợp mấy biện pháp cùng sử dụng một lúc. Nếu lấy việc tính hiệu quả của
các phương pháp khống chế nhiệt độ này đối với ràng buộc nội bộ và ứng suất
ràng buộc bên ngoài để phân thì đại thể như sau:
18


- Phương pháp đối với ứng suất ràng buộc bên trong có hiệu quả là (2);
(3); (5); (6); (7).
- Phương pháp đối với ứng suất ràng buộc bên ngoài có hiệu quả là (1);
(2); (3); (4); (5).
Ứng suất nhiệt trong bê tông khi dùng phương pháp thi công bê tông kiểu
đầm lăn và phương pháp thi công kiểu chia khối, có những điểm khác nhau như
sau:
(1) Về vấn đề ràng buộc bên ngoài. Khối đổ càng dài, độ ràng buộc có khả
năng trở thành lớn, do không dùng ống nước làm lạnh, dẫn đến nhiệt độ cao nhất
của bê tông lên cao; cũng do không sử dụng ống nước làm lạnh nhiệt độ hạ
xuống rất chậm có khả năng độ ràng buộc trở thành nhỏ, do dùng loại bê tông
(nghèo) ít chất kết dính có khả năng làm cho nhiệt độ cao nhất của bô tông hạ
thấp.


Q
PCV

(6-5)

Trong đó: C là tỷ lệ nhiệt
Bây giờ dùng phương trình vi phân để biểu đạt công thức trên, ta có công
thức dưới đây, công thức này là công thức cơ bản để tính toán truyền nhiệt.
 R   2   2   2   Qc

 


t Pc  X 2 Y 2 Z 2  Pc

(6-6)

Trong đó Qc là lượng toả nhiệt của đơn vị thể tích, ở đây

R
là hệ số toả
Pc

nhiệt.
Trước đây khi tính toán quá trình biến hoá nhiệt độ, phần nhiều dùng
phương pháp Carlson. Phương pháp này về số học là phương pháp sai phân bậc
một, phương pháp này thuộc về phương pháp tính gần đúng, vì thế có những
điều kiện yêu cầu nhất định. Nhưng phương pháp tính toán của nó giản đơn, tiện
lợi, nói chung độ chính xác đáp ứng yêu cầu thực tế. Khi dùng phương pháp

Tỉ nhiệt của bê tông: Cc = 240 Kcal/t.deg
Hệ số dẫn nhiệt của bê tông Rc = 48 Kcal/m ngày deg
Dung trọng của đá PR = 2,5 t/m3
Tỉ nhiệt của đá CR = 240 Kcal/m deg
Hệ số dẫn nhiệt của đá: KR = 48 KCal/m ngày deg
Hệ số làm lạnh, f = 1,5m
Hệ số dẫn nhiệt bề mặt tầng đổ bê tông nói chung không xét đến.

21


Hình 2- 6: Tốc độ bê tông nhất định, quá trình thay đổi nhiệt độ bình quân tầng đổ bê tông
nói chung

2.4.2. Chiều dày tầng đổ bê tông và biến hoá của nhiệt độ

Tốc độ đổ bêtông tính là 30cm/ngày

22


Quá trình thay đổi nhiệt độ bình quân của các tầng, đối với các trường
hợp độ dày tầng đổ bêtông không giống nhau ta chia ra hai trường hợp để phân
tích: Trường hợp tiến hành làm lạnh trước và trường hợp không làm lạnh trước.
Kết quả của nó thể hiện ở bản vẽ 6-6. Từ những kết quả này ta có kết luận
sau đây:
(1) Đối với các loại chiều dày đổ bêtông, ngoài tầng đổ bêtông vùng
chung quanh nền đá, nói chung sự biến hoá nhiệt độ trong tầng bất luận chiều
dày như thế nào đều là giống nhau, tầng đổ bêtông chịu ảnh hưởng của nền đá,
hạn chế trong độ cao 3 - 4m tính từ nền đá.