Nghiên cứu các công nghệ mới sửa chữa những hư hỏng của kết cấu bê tông cốt thép trong công trình cảng
Digitally signed by Website
Bo GTVT (M)
Website
Bo GTVT
(M)
DN: c=VN, o=Bo Giao thong
van tai, ou=TTCNTT Bo Giao
thong van tai, l=Ha Noi,
cn=Website Bo GTVT (M)
Date: 2011.04.20 12:05:54
+07'00'
NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ MỚI SỬA CHỮA
NHỮNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BTCT
TRONG CÔNG TRÌNH CẢNG
ThS. HOÀNG SƠN ĐỈNH
Trung tâm KHCN Cảng - Đường thủy
Viện Khoa học và Công nghệ GTVT
TÓM TẮT:
Cũng như tất cả các dạng công trình có kết cấu bằng BTCT, sự hư hỏng, xuống
cấp của kết cấu BTCT trong công trình cảng sau một thời gian khai thác là một hiện
tượng thường gặp trong thực tế. Đối với công trình cảng, do phải chịu đồng thời rất
nhiều yếu tố tác động như: tải trọng lớn và tính chất tác động phức tạp, các yếu tố
ngẫu nhiên ảnh hưởng đến quá trình khai thác, sự xâm thực của môi trường.... cho nên
có thể dẫn đến sự hư hỏng xuống cấp với mức độ và tốc dộ nhanh.
Nội dung của đề tài là đi vào nghiên cứu những nguyên nhân gây hư hỏng của
công trình, đề xuất một số giải pháp sửa chữa phù hợp nhằm phục hồi khả năng chịu
lực, nâng cao tuổi thọ của công trình.
1. TỔNG QUAN VỀ NHỮNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁC GIẢI
PHÁP SỬA CHỮA KẾT CẤU BTCT
1.1. Các dạng hư hỏng của kết cấu BTCT
Trên cơ sở tổng kết các kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả trong và ngoài nước
về những hư hỏng thường gặp đối với BTCT, cho thấy bao gồm các loại như sau:
1.1.1. Hư hỏng của kết cấu BT
- Hiện tượng nứt;
- Hiện tượng tróc mảng;
- Sự tách lớp;
- Vỡ bê tông;
- Trạng thái rỗng;
- Sự xâm thực clorua;
344
- Hiện tượng carbonate hoá;
- Xâm thực sun phát;
- Hiện tượng nhũ hoa;
- Rộp;
- Rỗ tổ ong;
- Hiện tượng mài mòn;
- Hư hỏng do va đập;
- Sự ăn mòn bê tông do môi trường;
- Sự phá hoại do tác động của thời tiết khí hậu;
- Sự phá hoại do tác động cơ học.
1.1.2. Hư hỏng đối với cốt thép
- Mòn rỉ cốt thép thường;
- Mòn rỉ cáp dự ứng lực.
Các loại hư hỏng của kết cấu BTCT nêu trên, có những loại là do nguyên nhân lỗi
chế tạo và cũng có nguyên nhân là phát sinh trong quá trình khai thác.
1.2. Các phương pháp sửa chữa kết cấu BTCT
Đề tài đã phân loại thành 2 nhóm phương pháp là:
1.2.1. Nhóm các phương pháp sửa chữa
Đây là các phương pháp dùng để ngăn chặn không cho công trình bị tiếp tục hư
hỏng thêm, đồng thời khôi phục một phần khả năng chịu lực của kết cấu BTCT, bao
gồm các phương pháp chủ yếu như sau:
- Phương pháp bơm xi măng vào vết nứt;
- Phương pháp bơm vữa hoá chất vào vết nứt;
- Phương pháp bơm keo epoxy vào vết nứt;
- Khía mép nứt và hàn bịt;
- Đóng đinh găm khe nứt;
- Bổ sung cốt thép;
- Hàn gắn khô;
- Ngăn chặn nứt;
- Bơm polyme;
- Phủ và xử lý bề mặt;
345
- Sửa chữa theo cách để khe nứt tự hàn;
- Phương pháp che phủ;
- Phương pháp phủ BT;
- Phương pháp chữa bằng điện/hoá chất.
1.2.2. Nhóm các phương pháp gia cố
Đây là các phương pháp dùng để phục khả năng chịu lực, đồng thời nâng cao khả
năng chịu của kết cấu BTCT, bao gồm các phương pháp chủ yếu như sau:
- Phương pháp thay thế;
- Phương pháp phủ BT;
- Phương pháp đổ thêm BT;
- Tăng cường thêm dầm;
- Tăng cường trụ phụ cho dầm;
- Dán bản thép;
- Dám tấm FRP;
- Đặt thêm cốt thép dự ứng lực ngoài;
- Bê tông phun.
2. PHÂN LOẠI HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BTCT TRONG CÔNG
TRÌNH CẢNG
Thông qua các tài liệu thu thập được trong công tác kiểm định chất lượng các công
trình cảng đang khai thác ở nước ta, dựa trên sự phân tích về đặc điểm kết cấu và về
tình trạng thực tế của các công trình cảng, đã đi đến việc phân loại các dạng hư hỏng
chủ yếu của kết cấu BTCT công trình cảng bao gồm như sau:
- Do sự xâm thực của môi trường;
- Do các va chạm cơ học của tàu;
- Do giải pháp kết cấu chưa hợp lý;
- Do khai thác vượt tải.
Từ đó, đề tài đã đi đến lựa chọn nghiên cứu một số công nghệ sửa chữa những hư
hỏng của kết cấu BTCT trong công trình cảng bao gồm:
- Công nghệ sửa chữa kết cấu BTCT bằng bê tông xi măng.
- Công nghệ sửa chữa kết cấu BTCT bằng vật liệu polyme.
- Công nghệ gia cường và bảo vệ kết cấu BTCT bằng vải thuỷ tinh.
346
3. CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA KẾT CẤU KẾT CẤU BTCT TRONG CÔNG
TRÌNH CẢNG BẰNG BT XI MĂNG
Trên cơ sở phân tích các đặc điểm về điều kiện tự nhiên nơi xây dựng công trình,
đặc điểm của bộ phận kết cấu chủ yếu trong công trình cảng, đã đi đến xác định công
nghệ sửa chữa bằng BT xi măng phù hợp một số dạng hư hỏng của kết cấu đáy bản,
của trụ tựa tàu, kết cấu BTCT đúc sẵn.
3.1. Công nghệ sửa chữa hư hỏng đáy bản BTCT
3.1.1. Đặc điểm đối với việc sửa chữa hư hỏng đáy bản
- Phương pháp thi công được thực hiện ngược với phương pháp thi công thông
thường. Đây là khó khăn lớn nhất của công nghệ sửa chữa hư hỏng lớp dưới.
- Trong điều kiện của khu vực có ảnh hưởng thuỷ triều, việc thi công sửa chữa
được thực hiện trong không gian rất hẹp và thấp, phía trên bị giới hạn bởi chính kết
cấu bản, phía dưới là mực nước lên xuống hàng ngày.
- Bản có diện tích bề mặt rộng, nên khối lượng sửa chữa sẽ lớn.
3.1.2. Yêu cầu đối với công nghệ sửa chữa
Công nghệ sửa chữa lớp dưới của bản BTCT bằng bê tông xi măng phải đáp ứng
các yêu cầu sau:
- Đảm bảo được sự dính bám liền khối cùng tham gia chịu lực giữa BT cũ ở phía
trên và BT mới thi công ở phía dưới. Trong đó, đặc biệt phải giải quyết vấn đề co ngót
của BT ở phía dưới trong quá trình đông kết.
- Phục hồi khả năng chịu lực của công trình đảm bảo được theo các yêu cầu của
thiết kế ban đầu hoặc đáp ứng được yêu cầu nâng cấp tải trọng cho công trình.
- Đảm bảo được tính dễ thực hiện trong quá trình thi công.
- Tính ổn định của công nghệ sửa chữa để đảm bảo chất lượng thi công.
3.1.3. Nguyên tắc chung của công nghệ
Công nghệ sửa chữa những hư hỏng của đáy bản BTCT được thực hiện dựa trên
các nguyên tắc như sau:
- Bê tông vẫn được cấp từ trên xuống bằng phương pháp bơm tạo áp lực hoặc rót
qua các lỗ khoan xuyên qua chiều dày bản.
- Để đảm bảo cho bê tông có thể đến được tất cả mọi vị trí trong ván khuôn kín thì
phải nghiên cứu sử dụng loại bê tông có độ sụt/độ chảy cao, kết hợp với việc tạo áp
lực của bơm nén ép bê tông mới với đáy bản.
- Sự giảm thể tích của bê tông do co ngót trong quá trình đông cứng sẽ được loại
trừ bằng cách tạo ra loại bê tông không co ngót, không tách nước.
347
- Nghiên cứu tạo ra những kết cấu có khả năng đảm bảo tính liên kết liền khối
cùng tham gia chịu lực giữa hai lớp bê tông.
- Chỉ các công tác chuẩn bị như: đục phá bê tông hỏng, thi công các kết cấu tăng
cường, lắp đặt cốt thép, lắp đặt ván khuôn thì phải tiến hành dưới gầm bến. Còn công
tác bơm bê tông được tiến hành ở trên mặt bến.
3.1.4. Nội dung công nghệ
- Nghiên cứu về vật liệu:
Đề tài đã tiến hành nghiên cứu 2 loại vật liệu có thể đáp ứng cho công nghệ sửa chữa
Þ Vữa xi măng cát không co ngót sử dụng phụ gia polyme:
Đề tài đã tiến hành thí nghiệm theo 2 giai đoạn với 13 đợt và đi đến xác định được
cấp phối vữa có các tính chất cơ lý phù hợp được nêu ở bảng:
Cường độ ở tuổi 28 ngày
(MPa)
Tỷ lệ cấp phối vật liệu (1000 lít)
Độ
Độ
Trương
nở sau
12 h
linh
tách
XM
Cát
N/XM Phụ Phụ
Mẫu Mẫu uốn Mẫu dính
động nước
(kg) (kg)
(lít)
gia gia 2
nén
10x10
x10
4x4x16
cm
bám hình
trụ tròn
(giây) (ml) (mm/m)
1
(kg)
(kg)
DxL = 10 x
31cm
cm
850
929
348
16.2 1.35
110
» 0
0.80
397.7
42.3
10.18
Hình 3.1. Thí nghiệm xác định độ tách nước và co ngót của vữa
Þ Bê tông tự đầm có cốt liệu nhỏ:
Đề tài đã tiến hành thí nghiệm với 13 loại cấp phối khác nhau. Trong đó, với lượng
nước được giữ cố định, các thành phần khác được điều chỉnh đề tạo thành các cấp phối
có tỷ lệ N/XM, BĐ/XM, phụ gia SD/N... khác nhau để từ đó lựa chọn được một số cấp
phối phù hợp, bao gồm trong bảng dưới đây:
348
Cấp phối bê tông
Các thông số hỗn hợp
BT tự đầm
Cường độ nén
trung bình (MPa)
(kg/m3)
Phụ
gia
TT
SF
FT
(s)
H
XM
C
Đ
BĐ
N
R3
R7 R28
(mm)
(mm)
SD
1
2
3
440 640
336 656
500 656
885
904
904
195 185 2.31 725
264 185 2.18 710
100 185 2.18 690
15
18
20
330
315
305
416 488 621
312 413 513
487 562 754
Trong đó:
XM - Khối lượng xi măng (kg) SD - Khối lượng phụ gia siêu dẻo (kg)
C
- Khối lượng cát (kg)
- Khối lượng đá (kg)
SF - Đường kính lan toả của hỗn hợp bê tông
(mm)
Đ
FT - Thời gian chảy của hỗn hợp bê tông qua
phễu V(s)
BĐ - Khối lượng bột (kg)
N
- Lượng dùng nước (lít)
H - Chiều cao tự đầm (mm).
Hình 3.2. Đo độ lan toả
của bê tông tự đầm
Hình 3.3. Đo độ độ cao
của bê tông tự đầm
* Nghiên cứu về công nghệ thi công:
Nghiên cứu công nghệ trong phòng:
Trong khuôn khổ của đề tài, việc nghiên cứu công nghệ sửa chữa những hư hỏng
của đáy bản BTCT được tiến hành đối với vữa xi măng cát không co ngót có phụ gia
polyme, thi công bằng phương pháp bơm có áp lực được thực hiện đối với tấm bản
BTCT cũ có tuổi trên 20 năm tuổi để mô phỏng đúng điều kiện thực tế ở hiện trường .
349
Hình 3.4. Đục bỏ lớp bê tông bảo vệ
đáy bản
Hình 3.5. Lật úp tấm bê tông
và lắp ván khuôn
Hình 3.7. Bơm vữa thí nghiệm sửa chữa
đáy bản
Hình 3.6. Ván khuôn
sau khi lắp đặt xong
Hình 3.8. Bản bê tông thí nghiệm sau
Hình 3.9. Kiểm tra độ đồng nhất của bê
tông bằng siêu âm
khi tháo ván khuôn
Hình 3.10. Khoan lấy mẫu trên bản bê
tông thí nghiệm
Hình 3.11. Mẫu khoan
350
Phân tích kết quả:
- Thí nghiệm nén mẫu: Cường độ chịu nén của bê tông đạt yêu cầu đạt R = 360
daN/cm2.
- Thí nghiệm cắt mẫu: Mẫu bị phá hoại cắt tại mặt tiếp giáp giữa hai lớp bê tông cũ
và mới với cường độ chịu cắt đạt 10 ÷ 11 daN/cm2 .
- Tính liên kết liền khối giữa bê tông cũ và mới đạt tới 90% diện tích bề mặt tiếp
xúc. Nguyên nhân chính là do khí không thoát hết ra khỏi bề mặt đáy gây cản trở BT
mới tiếp xúc với BT cũ mặc dù với áp lực bơm lớn. Vấn đề này có liên quan trực tiếp
đến và phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật đục phá phần BT bị hỏng ở mặt đáy bản.
- Cần phải nghiên giải pháp về kết cấu để đảm bảo sự cùng tham gia chịu lực giữa
bê tông cũ và mới, hoàn chỉnh thêm một bước về công nghệ thi công.
* Nghiên cứu về giải pháp gia cường kết cấu đáy bản:
Để đảm bảo được sự liên kết toàn khối và khả năng truyền lực giữa BT cũ và mới,
Đề tài đã nghiên cứu sử dụng giải pháp "Chốt thép gia cường liên kết giữa BT cũ và
mới". Nội dung của giải pháp như sau:
Đối với BT đáy bản cũ:
- Khoan tạo lỗ vào bề mặt dưới của BT đáy bản sau khi đã đục bỏ các phần hư hỏng.
- Gắn chốt loại thép tròn, gai loại AII vào các lỗ khoan ở BT đáy bản bằng vật liệu
polyme. Đường kính và mật độ bố trí chốt thép được xác định trên cơ sở tính toán
tương ứng với trạng thái nội lực trong kết cấu.
- Việc thi công gắn chốt vào BT đáy bản bằng vật liệu polyme được thực hiện theo
chiều từ dưới lên. Dưới tác dụng của lực trọng trường, vật liệu gắn kết luôn có xu
hướng chảy ra khỏi lỗ khoan. Do vậy, cần phải có biện pháp thi công phù hợp để loại
trừ vấn đề này.
Đối với lớp BT đổ mới:
- Đầu thò ra của chốt thép được bẻ móc để đảm bảo sự ngàm chặt của chốt vào
BT mới.
- Các chốt thép đồng thời cũng là các thanh giữ ổn định vị trí, nâng đỡ và liên kết
với cốt thép chịu lực cũ của kết cấu hoặc cốt thép bổ sung gia cường.
3.1.5. Ứng dụng công nghệ sửa chữa hư hỏng đáy bản BTCT cho công trình
thực tế
Trong phần dưới đây, sẽ trình bày kết quả áp dụng công nghệ để sửa chữa hư hỏng
đáy bản mặt cầu bến số 1, 2 và bến phụ cảng Chùa Vẽ - Hải Phòng:
- Hiện trạng hư hỏng của kết cấu đáy bản trước khi sửa chữa:
351
Hình 3.12. Hư hỏng của đáy bản trước khi sửa chữa
- Các điều kiện thực tế khi tiến hành sửa chữa:
Điều kiện thuỷ văn:
+ Mực nước cao nhất là + 4.21 m, thấp nhất là -0.03 m (theo cao độ Hải đồ tại Hòn
Dấu).
+ Cao độ đáy bản là + 3.60 m, cao độ đáy dầm xung quanh bản là +3.00 m. Trong
một tháng chỉ có khoảng 5, 6 ngày nước đứng, đáy bản và dầm không bị ngập nước.
Điều kiện thi công:
+ Tất cả các công việc như: Đục bỏ bê tông hỏng, đánh gỉ và thay thế cốt thép, lắp
đặt ván khuôn.... đều phải thực hiện ở dưới gầm bến. Công việc chỉ có thể thực hiện
được khi cao độ mực nước thuỷ triều ở ≤ + 2.50 m. Do vậy, tuỳ theo điều kiện con
nước, việc thi công sửa chữa phải tiến hành vào cả ban đêm.
+ Công trình được sửa chữa trong điều kiện vừa khai thác vừa thi công. Do vậy,
trong thời gian bê tông ninh kết, việc khai thác không gây ra các rung động làm ảnh
hưởng đến chất lượng của bê tông sau khi sửa chữa.
+ Mực nước cao nhất là + 4.21 m, thấp nhất là -0.03 m (theo cao độ Hải đồ tại
Hòn Dấu).
+ Cao độ đáy bản là + 3.60 m, cao độ đáy dầm xung quanh bản là +3.00 m. Trong
một tháng chỉ có khoảng 5, 6 ngày nước đứng, đáy bản và dầm không bị ngập nước.
Điều kiện về kết cấu công trình:
+ Chiều dày lớp bản cần sửa chữa: Qua khảo sát thực tế thì chiều dày lớp BT cần
sửa chữa khoảng từ 10 ¸ 15 cm, vượt qua lớp thép chịu lực.
+ Mật độ cốt thép khá dày đặc, gồm 2 lưới trực giao.
352
Xác định công nghệ sửa chữa:
Trên cơ sở phân tích các điều kiện thi công ở trên, nhóm nhiên cứu đã đi đến lựa
chọn công nghệ thi công "Sửa chữa đáy bản bằng vữa xi măng cát không co ngót, thi
công bằng phương pháp bơm tạo áp lực" để giảm bớt tối đa những ảnh hưởng của điều
kiện tự nhiên đến quá trình thực hiện và chất lượng của công nghệ thi công sửa chữa
hư hỏng của kết cấu BTCT đáy bản.
Trình tự và phương pháp tiến hành sửa chữa:
Việc thi công sửa chữa thử nghiệm khoang bản được thực hiện trong thực tế theo
trình tự như sau:
- Phá bỏ lớp bê tông đáy bản đã bị hư hỏng.
- Thiết kế và thi công chốt thép đảm bảo sự liên kết liền khối cùng tham gia chịu
lực giữa bê tông mới và bê tông cũ.
- Sửa chữa cốt thép tăng cường khả năng chịu tải của kết cấu.
- Lắp đặt hệ thống chống và ván khuôn đáy bản.
- Thi công bơm vữa sửa chữa đáy bản.
Hình 3.13. Mặt cắt ngang sửa chữa kết cấu đáy bản BTCT
Hình 3.14. Bề mặt đáy bản sau khi đục bỏ
phần BT hỏng và tạo chốt thép
Hình 3.15. Hệ thống thanh chống đỡ
ván khuôn đáy bản
353
Hình 3.16. Toàn cảnh bố trí thi công bơm
Hình 3.17. Bê tông đáy bản sửa chữa
sau khi dỡ ván khuôn
bê tông
Hình 3.18. Thủ tải kết cấu bản sau khi
sửa chữa
Hình 3.19. Đo biến dạng và độ võng
đáy bản khi thử tải
Đánh giá kết quả công nghệ sửa chữa:
Việc thử tải được tiến hành theo 2 giai đoạn như sau:
Kiểm tra chất lượng và thử tải sau 28 ngày tuổi (do Viện KHCN GTVT thực
hiện).
- Độ đồng nhất của bê tông: h0 = 0.845 - Độ đồng nhất tốt
- Ứng suất kéo lớn nhất: s = 10.5 kg/cm2 < [s ] = 12 kg/cm2
- Độ võng lớn nhất: d = 0.06 mm < [d] = 4.5 mm
Kiểm tra chất lượng và thử tải sau khi bê tông sau gần một năm đưa vào khai thác
(do Tư vấn độc lập thực hiện).
- Độ đồng nhất của bê tông: h0 = 0.865 ¸ 0.962 ® Đạt chất lượng từ tốt đến rất tốt.
- Ứng suất kéo lớn nhất: s = 8.0 kg/cm2 < [s ] = 12 kg/cm2
- Độ võng lớn nhất: d = 0,85 mm < [d] = 4.5 mm.
- Không xuất hiện biến dạng tách và biến dạng trượt tương đối giữa hai lớp bê tông
và mới.
354
3.2. Công nghệ sửa chữa và gia cường kết cấu BTCT lắp ghép trong công
trình cảng
3.2.1. Công nghệ bọc BTCT để gia cường mối nối của kết cấu BTCT lắp ghép
1) Đặc điểm hư hỏng của kết cấu BTCT lắp ghép trong công trình cảng
Þ Hư hỏng kết cấu mối nối:
Mối nối có vai trò vô cùng quan trọng trong kết cấu BTCT lắp ghép. Khi mối nối bị
hư hỏng (nứt, gãy, vỡ) thì không còn khả năng truyền lực giữa các bộ phận kết cấu lắp
ghép. Đặc biệt đối với công trình cảng thường xuyên phải chịu tác động của tải trọng
ngang lớn và đổi chiều, sẽ phát sinh chuyển vị lớn và hiện tượng rung lắc của công trình,
đến mức độ nào đó sẽ dẫn đến sự phá hoại mối nối làm cho công trình có nguy cơ sụp đổ.
Þ Hư hỏng các bộ phận kết cấu lắp ghép:
Chất lượng kém của bộ phận kết cấu BTCT đúc sẵn, lắp ghép hoặc các tác động do
khai thác trước tiên gây nên sự hư hỏng của chính nó khi chịu tải trọng trong quá trình
khai thác, tiếp đó sẽ dẫn đến nguy cơ làm cho mối nối của chính bộ phận kết cấu này
bị vượt tải và cũng sẽ bị hư hỏng theo.
Trong thực tế, sự hư hỏng của mối nối thường đóng vai trò chủ yếu dẫn đến sự cố
công trình, còn hư hỏng của kết cấu lắp ghép chỉ mang tính phá hoại cục bộ.
2) Nội dung công nghệ sửa chữa bằng phương pháp bọc bên ngoài kết cấu BTCT
lắp ghép trong công trình cảng
Trong khuôn khổ của đề tài đã nghiên cứu và đề xuất giải pháp sửa chữa những hư
hỏng của dạng liên kết mối nối "Cọc - dầm và Cọc - Trụ tựa tàu", là một dạng hư hỏng
thường gặp của kết cấu BTCT lắp ghép, bằng phương pháp bọc BTCT (măng sông)
bên ngoài mối nối để phục hồi và tăng cường khả năng chịu lực công trình.
Þ Nguyên lý của giải pháp:
- Kết cấu BTCT bọc bên ngoài sẽ thay thế cho mối nối hoặc kết cấu cũ để đóng vai
trò chịu lực và truyền lực chủ yếu giữa các bộ phận kết cấu trong công trình.
- Mối nối và các bộ phận kết cấu BTCT đúc sẵn cũ đã bị nứt chỉ còn có ý nghĩa là
"lõi bên trong" để góp phần cùng tạo nên độ cứng, tính liền khối cùng tham gia chịu
lực của kết cấu.
Þ Nội dung của giải pháp:
- Tạo sự liên kết liền khối cùng tham gia chịu lực giữa BTCT bọc bên ngoài và kết
cấu bên trong:
+ Tạo sự dính bám bề mặt giữa BT cũ và mới.
+ Tạo các chốt liên kết giữa BT cũ và mới.
- Đổ BT bọc bên ngoài.
355
3) Áp dụng công nghệ để sửa chữa cho công trình thực tế
Công nghệ sửa chữa mối nối BT cốt thép trong kết cấu lắp ghép bằng phương pháp
bọc kết cấu đã được đề xuất và chấp nhận trong việc sửa chữa Bến xuất số 1 thuộc
Công ty xi măng Hoàng Thạch.
Þ Đặc điểm kết cấu và hiện trạng công trình:
- Đặc điểm kết cấu:
- Bến xuất số 1 Công ty xi măng Hoàng Thạch có kết cấu dạng bệ cọc cao, các bộ
phân kết cấu công trình đều bằng BTCT đúc sẵn, được lắp đặt vào công trình và liên
kết với nhau bằng mối nối BTCT đổ tại chỗ.
- Hiện trạng công trình:
Hình 3.20. Khe hở mối nối giữa bệ và thân trụ, bệ trụ bị nứt
+ Các mối nối giữa bệ trụ và thân trụ bị nứt, vỏ bệ và thân trụ bằng BTCT đúc sẵn
bị vỡ, vỡ khối BT vòi voi để giữ đệm ở phía dưới...
+ Các mối nối cọc với dầm bị vỡ, cá biệt có cọc rời khỏi liên kết với dầm.
+ Công trình bị rung lắc khá mạnh khi có tàu cập và khai thác tại bến, hoặc khi
các máy rót bao hoạt động.
Trong đó, sự hư hỏng của kết cấu trụ tựa, mà thực chất là hư hỏng của các mối nối,
là nguyên nhân chủ yếu.
Þ Giải pháp sửa chữa:
a)
356
b)
Hình 3.21. Kết cấu nối trụ tựa BTCT lắp ghép
được sửa chữa bằng phương pháp bọc BT
a) Mặt cắt ngang trụ; b)Mặt cắt dọc trụ.
Þ Kết quả ứng dụng:
- Toàn bộ 33 trụ tựa và 18 liên kết đầu cọc của bến xuất số 1 cảng Công ty xi măng
Hoàng Thạch đã được sửa chữa theo giải pháp bọc BTCT.
- Sau khi hoàn thành việc sửa chữa, công trình đã được đưa vào khai thác. Các
hiện tượng rung lắc của công trình đã được khắc phục triệt để, đảm bảo an toàn cho tàu
neo đậu và các thiết bị hoạt động trên bến.
Hình 3.22. Mặt trước bến xuất số 1 cảng Hoàng Thạch sau sửa chữa
3.2.2. Công nghệ sửa chữa hư hỏng của bộ phận kết cấu BTCT đúc sẵn
- Đặc điểm hư hỏng của kết cấu BTCT lắp ghép trong công trình cảng:
Bộ phận kết cấu BTCT đúc sẵn được sử dụng khá phổ biến trong xây dựng các
công trình cảng có thể là cọc, dầm, bản, tường góc... Trong quá trình sản xuất, chế tạo
và thi công lắp đặt tuỳ theo điều kiện thực tế về đặc điểm kết cấu, trình độ thi công có
thể có một số dạng hư hỏng đặc trưng. Tuỳ theo mức độ hư hỏng của kết cấu sẽ có giải
pháp sửa chữa phù hợp. Trong phần này sẽ trình bày các giải pháp cho các trường hợp
hư hỏng điển hình thường gặp.
357
- Giải pháp sửa chữa nứt bề mặt cấu kiện BTCT do bảo dưỡng:
Khi vết nứt chỉ có tính chất rạn chân chim trên bề mặt, với độ sâu không lớn (trong
phạm vi lớp bảo vệ) thì chỉ cần sửa chữa bằng phương pháp chống thấm bảo vệ bề
mặt, không cho các tác nhân có hại xâm nhập sâu vào bên trong gây han gỉ cốt thép
gây ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu.
- Giải pháp sửa chữa nứt cấu kiện BTCT do tải trọng tác động:
+ Trường hợp trong quá trình cẩu lắp kết cấu hoặc kê kết cấu tại bãi đúc không
đúng quy cách dẫn đến phát sinh vết nứt thì khi đó nội lực xuất hiện trong kết
cấu đã vượt quá khả năng chịu lực của chính kết cấu.
+ Để có thể sử dụng lại kết cấu vào trong công trình, cần phải có những công
nghệ sửa chữa phù hợp để khôi phục khả năng chịu lực của kết cấu. Đối với
trường hợp này, được trình bày trong phần "Sửa chữa hư hỏng của kết cấu
BTCT bằng vật liệu polyme".
- Giải pháp sửa chữa khuyết tật của kết cấu BT đúc sẵn:
Tuỳ theo mức độ có thể phân thành 2 loại là khuyết tật cục bộ và khuyết tật lớn, có
nguyên nhân khá đa dạng:
+ BT bị mất vữa do hở ván khuôn trong quá trình thi công, gây nên rỗ "kẹo lạc"
trên bề mặt.
+ BT trộn không đều, bị phân tầng do thi công không tuân thủ đúng quy cách.
+ Mật độ cốt thép quá dày, sử dụng cốt liệu thô có kích cỡ không phù hợp, nên
không lọt qua được các lớp cốt thép. làm cho bên trong bị rỗng, trong khi bên
ngoài có thể vẫn có lớp vữa bao bọc...
- Giải pháp sửa chữa đối với khuyết tật cục bộ:
+ Đục bỏ phần BT hư hỏng tại vị trí khuyết tật:
+ Quét trên bề mặt bê tông một lớp tạo độ dính bám ( có thể là loại Latex,
Sikament...) giữa BT cũ và mới.
+ Đổ BT vào các vị trí đã được sử lý và đầm chặt
+ Tuỳ theo khối lượng và điều kiện về kinh phí, BT sử dụng để sửa chữa có thể
là BT cốt liệu nhỏ, BT tự đầm không co ngót hoặc BT polyme...
- Giải pháp sửa chữa đối với khuyết tật lớn của kết cấu BT:
+ Khảo sát và lập phương án thiết kế sửa chữa;
+ Đục loại bỏ phần BT hư hỏng đáy dầm;
+ Lắp đặt cốt thép gia cường;
+ Thi công phần BT mới ở đáy dầm.
358
Hình 3.23. Đục bỏ phần BT hư hỏng của
đáy dầm BTCT đúc sẵn
Hình 3.24. Lắp đặt cốt thép gia cường
Hình 3.26. Bảo vệ dầm BTCT bằng sơn
polyme sau khi sửa chữa
Hình 3.25. Đáy dầm BT sau khi hoàn
thành việc sửa chữa
4. CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA KẾT CẤU BTCT CÔNG TRÌNH CẢNG
BẰNG VẬT LIỆU POLYME
4.1. Khái niệm cơ bản về vật liệu polyme
4.1.1. Polyme nhiệt dẻo
Loại polyme này có một số tính chất như sau:
- Có thể hoà tan được trong dung môi hữu cơ.
- Có thể chế tạo ở dạng nhũ tương lỏng.
- Khi gia nhiệt có độ chảy và tính lan toả cao, dễ sử dụng.
Do không xảy ra phản ứng hoá học khi ở các trạng thái trên, cho nên thành phần
hoá học của nhiệt dẻo không bị thay đổi. Trong thực tế có các loại polyme nhiệt dẻo
như acrylic, acrylamit, acetat polyvinyl...
4.1.2. Polyme nhiệt cứng
- Ở dạng bán thành phẩm, polyme nhiệt cứng bao gồm 2 thành phần riêng rẽ. Khi
trộn với nhau sẽ xảy ra phản ứng hoá học tạo thành sản phẩm polyme được hoá cứng,
không thể bị chảy hoặc hoà tan. Loại polyme nhiệt cứng thường gặp là các loại như
epoxyt, polyuretan, polyester.
359
- Đối với epoxyt, polyuretan thì sau khi trộn lẫn có sẽ xảy ra sự tương tác hoá học
giữa hai thành phần để tạo thành mạng cao phân tử dẫn đến hiện tượng đông cứng.
Cho nên tỷ lệ của các thành phần theo trọng lượng phải được xác định chính xác để
phản ứng hoá học xảy ra hoàn toàn với đồng thời cả hai thành phần thì mới có thể tạo
thành vật liệu polyme có tính chất cơ lý như dự kiến.
- Đối với polyester thì cơ chế polyme hoá thì liều lượng của các thành phần ít ảnh
hưởng đến tính chất cơ lý của nó.
- Tuỳ theo điều kiện cụ thể về hàm lượng các chất tạo thành, nhiệt độ môi trường
không khí... mà phản ứng tạo thành polyme có thể hoàn thành trong thời gian nhiều ít
rất khác nhau từ vài phút cho đến vài giờ kể từ lúc bắt đầu trộn. Đây là một đặc điểm
quan trọng cần phải được chú ý khi dụng vật liệu polyme trong kỹ thuật xây dựng.
- Các nghiên cứu cơ bản về vật liệu polyme cho thấy: Trong các loại polyme nêu
trên, chất kết dính epoxy là loại polyme có thể đáp ứng tốt nhất các yêu cầu kỹ thuật
trong xây dựng công trình. Do vậy, cho nên trong phần này của đề tài chỉ giới hạn
trong việc nghiên cứu sử dụng epoxy cho các giải pháp sửa chữa kết cấu BTCT trong
công trình cảng. Các thuật ngữ polyme dưới đây dùng để chỉ chất kết dính epoxy.
4.2. Nghiên cứu sử dụng vật liệu polyme trong sửa chữa kết cấu BTCT
4.2.1. Nghiên cứu về vữa polyme
1) Vữa polyme đơn tính
Þ Thành phần vật liệu:
- Chất nền epoxy:
Đây là thành phần cơ bản của polyme. Tỷ lệ của chất nền epoxy được lấy làm
chuẩn để xác định thành phần của các chất khác với quy ước trọng lượng epoxy được
tính là 100%.
- Chất làm rắn:
Sử dụng loại Polyetylen Polyamin là loại có hoạt tính hoá học phù hợp với điều
kiện thi công sửa chữa thực tế của ta là khí hậu nhiệt đới, sửa chữa đơn chiếc và thủ
công, khối lượng nhỏ.
Tỷ lệ chất hoá rắn thay đổi tuỳ theo điều kiện thi công nhiệt độ môi trường:
+ Khi nhiệt độ ở hiện trường khoảng 10 - 150C: 15 - 11%;
+ Khi nhiệt độ ở hiện trường khoảng 20 - 300C: 10 - 8%;
+ Khi nhiệt độ ở hiện trường khoảng 350C: 6 - 8%.
Khi nhiệt độ hiện trường vượt quá 350C, không nên tiến hành thi công sửa chữa
công trình có sử dụng vữa polyme đơn tính. Trong trường hợp cần thiết thì phải phối
hợp với phụ gia dẻo với tỷ lệ thích hợp để kéo dài thời gian đông cứng của vữa polyme.
360
- Phụ gia dẻo:
Tuỳ theo điều kiện cụ thể, tỷ lệ phụ gia dẻo có thể vào khoảng từ 0 - 20% trọng
lượng của chất nền epoxy:
+ Trong điều kiện sửa chữa kết cấu BTCT nằm ở nơi chịu ảnh hưởng của thuỷ
triều có mực nước thay đổi, cần thi công nhanh tỷ lệ hoá dẻo có thể từ 0 - 5%.
+ Trong điều kiện nhiệt độ bình thường và thi công sửa chữa đơn giản, tỷ lệ hoá
dẻo thường trên dưới 10%.
+ Khi sửa chữa các phần sâu bên trong của các bộ phận kết cấu BTCT hoặc trong
điều kiện nhiệt độ môi trường cao có thể tăng tỷ lệ phụ gia dẻo từ 15- 20%.
Tính chất cơ lý:
- Cường độ của mẫu khi nén ép đạt cao.
- Vữa sau khi polyme hoá có độ dòn cao (mẫu thí nghiệm thường bị phá hoại đột
ngột, bị vỡ vụn và có thể bắn văng ra thành nhiều mảnh).
- Có màu nâu vàng trung bình, trong.
- Khả năng chống thấm cao.
Þ Điều kiện áp dụng:
- Vữa polyme đơn tính thường được sử dụng có hiệu quả để sửa chữa các vết nứt,
bảo vệ và gia cường khả năng chịu lực của kết cấu BTCT.
- Không sử dụng vữa polyme đơn tính trong các trường hợp phải chịu tác động
trực tiếp của ánh nắng mặt trời, dẫn đến sự lão hoá, dòn và nguy cơ nứt vỡ.
2) Nghiên cứu vữa polyme biến tính
Þ Vật liệu:
Ngoài thành phần của vữa polyme đơn tính gồm các chất nền epoxy, chất hoá rắn
và phụ dẻo nêu trên, còn được bổ sung các loại chất độn vô cơ.
Đặc điểm cơ bản của các chất độn là không tham gia phản ứng hoá học trong quá
trình polyme hoá, mà chỉ đóng vai trò làm chất độn trung gian được bao bọc và liên
kết với nhau bởi chất kết dính epoxy.
Các phụ gia khoáng có thể sử dụng trong vữa polyme khá đa đạng:
- Phụ gia khoáng mịn: xi măng, bột đá, tro bay...
- Phụ gia khoáng hạt nhỏ: cát, hạt barit...
Þ Nghiên cứu về thành phần cấp phối:
Đề tài đã tiến hành thí nghiệm 16 cấp phối, mỗi cấp phối đúc một tổ mẫu gồm 3
mẫu lập phương 20 x 20 x 20 mm (hình 4.1). Thành phần tỷ lệ của các loại phụ phụ
gia khoáng vô cơ được điều chỉnh để tìm được cấp phối phù hợp nhất.
361
Hình 4.1. Các tổ mẫu vữa polyme
biến tính
Hình 4.2. Nén mẫu để xác định cường độ
chịu nén
Þ Kết quả thí nghiệm ép mẫu:
Thí nghiệm ép mẫu được tiến hành trên máy nén kỹ thuật số Zwich Install (Đức)
tại Phòng thí nghiệm LAS 298 - Phòng Địa kỹ thuật Viện KH&CN GTVT. Quá trình
nén ép được điều khiển tự động cho đến khi xuất hiện trạng thái phá hoại của mẫu thì
máy tự động dừng. Các số liệu được lưu giữ và lập thành biểu đồ quan hệ Tải trọng -
Biến dạng - Thời gian (hình 4.3).
Crush in mm
0
0
2
4
6
8
10
5000
10000
15000
20000
25000
Hình 4.3. Một biểu đồ Tải trọng - Biến dạng khi nén mẫu vữa polyme
Kết quả thí nghiệm nén các tổ mẫu trình bày trong bảng 4.1 dưới đây:
Bảng 4.1
Số hiệu
tổ mẫu
Cường độ chịu nén (Kgf/cm2)
Nhận xét
R1
R2
R3
Rtb
1
400.1
(867)
444
476.4 440.17 - Đường cong nén tăng đến trị số TB là
440.17 với các trị số biến dạng tương ứng
(950) (916.3)
(932)
là 2.038, 2.235, 1.739 mm.
- Sau đó giảm không đáng kể và lại tiếp
tục tăng dần lên trị số TB rất cao là 916.3
với các trị số biến dạng tương ứng là 12.3,
11.18, 10.95 mm.
362
Số hiệu
tổ mẫu
Cường độ chịu nén (Kgf/cm2)
R1 R2 R3 Rtb
Nhận xét
2
464.64 443.67 327.74 412.02 - Mẫu R1 và R2 bị phá hoại ở d= 2.661 và
2.269 mm;
- Mẫu R3 đường cong nén không có điểm
phá hoại với d = 7.348 mm
3
341.67 327.50 538.03 402.4 - Mẫu R1 và R2 cùng trị số lần lượt là d =
6.508 và 5.414 mm, đường cong nén
không có điểm phá hoại.
- Mẫu R3 phá hoại ở d = 1.65 mm
4
5
435.44 398.75 383.51 405.9 Các mẫu bị phá hoại nhưng không rõ ràng
lần lượt ở d = 4.363, 4.159, 4.33 mm.
405.06 427.87 436.55 423.16 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 3.208,
3.256, 3.30 mm
6
521.96 555.6 496.41 524.66 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 1.431,
2.076, 1.424 mm
7
524.24 486.85 434.06 481.72 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 1.872,
1.423, 1.588 mm
8
395.02 400.88 409.53 401.81 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 1.85,
1.891, 1.992 mm.
9
653.08 691.94 623.51 656.18 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 1.777,
2.519, 2.186 mm
10
11
12
13
14
15
16
345.82 331.70 313.25 330.26 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 3.661,
3.793, 3.494 mm
762.94 739.37 750.09 750.8 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 1.777,
2.145, 2.003 mm.
692.1 691.09 644.17 675.78 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 2.282,
1.95, 2.56 mm.
333.34 276.34 319.66 309.78 Các mẫu bị phá hoại nhưng không rõ ràng
lần lượt ở d = 3.771, 3.569, 3.875 mm.
369.95 383.61 495.35 416.3 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 3.863,
3.62, 2.165 mm
576.2
597.8 603.68 592.56 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 1.327,
1.361, 1.339 mm
378.0 373.85 368.93 373.6 Các mẫu bị phá hoại lần lượt ở d = 4.024,
3.714, 3.871 mm
3) Phân tích kết quả
Þ Đối với mẫu polyme đơn tính: (mẫu 1)
Ở dạng đơn tính thuần tuý vật liệu polyme có khả năng chịu lực cao, nhưng trạng
thái chịu lực không theo quy luật của vật rắn biến dạng. Khi tải trọng nén càng tăng thì
vật liệu không có dấu hiệu bị phá hoại, mà bị nén chặt lại.
363
Þ Đối với các mẫu sử dụng chất độn khoáng vô cơ hạt mịn: (từ mẫu 2 ÷ 5)
- Khi tỷ lệ chất độn khoáng mịn thấp (≤ 150%):
+ Cường độ chịu nén trung bình của các tổ mẫu đạt khá cao, nhưng trị số riêng
biệt của từng mẫu rất phân tán.
+ Đường cong Tải trọng - Biến dạng không thể hiện rõ ràng sự phá hoại của vật
liệu, hoặc vật liệu bị phá hoại với trị số biến dạng lớn (hơn 20% kích thước
mẫu).
- Khi tỷ lệ các chất chất độn khoáng mịn 200%:
+ Cường độ trung bình của tổ mẫu tăng không đáng kể so với các nhóm mẫu
trước, nhưng các giá trị riêng biệt tập trung hơn.
+ Điểm phá hoại trên biểu đồ đường cong nén ép thể hiện rõ ràng hơn.
+ Biến dạng giảm, nhưng vẫn khá cao.
- Khi tỷ lệ chất độn khoáng mịn 250%:
+ Cường độ trung bình của tổ mẫu tăng khá cao và tập trung.
+ Biến dạng khi phá hoại nhỏ, phù hợp với trạng thái phá hoại của BT.
+ Mẫu này có thể đáp ứng cho công nghệ sửa chữa kết cấu BTCT xét trên các
mặt về yêu cầu kỹ thuật, điều kiện thi công và giá thành.
- Đối với tỷ lệ phụ gia khoáng mịn > 250%:
Vật liệu ở trạng thái đặc quánh và có tốc độ đông cứng nhanh, không phù hợp với
điều kiện thực tế khi thi công.
Þ Đối với các mẫu sử dụng chất độn vô cơ hạt nhỏ: (các mẫu 6, 7)
- Các tổ mẫu được thí nghiệm với tỷ lệ chất độn vô cơ cao > 200%.
- Cường độ trung bình của các tổ mẫu đạt giá trị cao, với thời gian sớm và có giá
trị tương đối tập trung.
- Đường cong quá trình nén ép thể hiện sự phá hoại rõ ràng và với trị số biến dạng
nhỏ, phù hợp với trạng thái phá hoại của BT. Tuy nhiên, do kích thước hạt của phụ gia
khá lớn cho nên polyme chỉ đóng vai trò chất dính kết thuần tuý mà không có sự hoà
trộn sâu về cấu trúc. Do vậy, vật liệu polyme có tính dòn cao hơn, đồng thời về màu
sắc bên ngoài không phù hợp với kết cấu BT.
Þ Đối với các mẫu sử dụng kết hợp các chất độn vô cơ: (từ mẫu 8÷16)
Các tổ mẫu phối hợp chất độn hạt mịn và hạt nhỏ đều có tỷ lệ chung của 2 loại phụ
gia > 250%.
364
- Đối với các mẫu có tỷ lệ mỗi loại chất độn ≤ 150%: (các mẫu 10, 13, 14, 16)
+ Cường độ chịu nén trung bình của các tổ mẫu đạt giá trị thấp, đồng thời các
trị số riêng biệt của một số mẫu rất phân tán.
+ Điểm phá hoại trên biểu đồ đường cong nén ép thể hiện tương đối rõ ràng, trị
số biến dạng khá phù hợp với BT.
- Đối với các mẫu có tỷ lệ chất độn mịn 200%: (các mẫu 11, 12)
+ Khi kết hợp với phụ gia khoáng hạt nhỏ với tỷ lệ từ 50 ÷ 100%, thì cường độ
trung bình của tổ mẫu rất cao và tăng dần (lớn nhất trong tất cả các mẫu thí
nghiệm), các giá trị riêng lẻ có tính tập trung cao.
+ Biến dạng khi phá hoại nhỏ, phù hợp với trạng thái phá hoại của BT.
+ Các mẫu này có thể đáp ứng cho công nghệ sửa chữa đối với kết cấu BTCT
đòi hỏi cường độ cao, khả năng thi công thuận lợi và giá thành hợp lý.
- Đối với các mẫu có tỷ lệ chất độn khoáng hạt nhỏ = 200%: (các mẫu 8, 9, 15)
+ Khi tỷ lệ phụ gia khoáng hạt nhỏ là 200% cùng với phụ gia khoáng mịn từ 50
÷100% (mẫu 9, 15), thì cường độ trung bình của các tổ mẫu đạt cao và cũng
tăng dần, các giá trị riêng lẻ cũng có tính tập trung.
+ Khi tiếp tục tăng tỷ lệ phụ gia khoáng hạt nhỏ lên đến 300 cùng với phụ gia
khoáng mịn là 100% (mẫu 8) thì cường độ trung bình của các tổ mẫu bắt đầu
giảm, nhưng vẫn đạt ở mức độ trung bình và có tính tập trung. Nguyên nhân
giảm cường độ là do tỷ lệ chất độn vượt quá giới hạn nhất định, làm giảm
hiệu quả của chất kết dính polyme.
+ Biến dạng khi phá hoại của các tổ mẫu là nhỏ, phù hợp với trạng thái phá
hoại của BT.
+ Các mẫu này đều có thể đáp ứng cho công nghệ sửa chữa kết cấu BTCT.
Việc lựa chọn sử dụng mẫu nào cần được xem xét đồng thời trên các mặt về yêu
cầu kỹ thuật, điều kiện thi công và giá thành.
Hình 4.5. Trạng thái phá hoại của
mẫu biến tính
Hình 4.4. Trạng thái phá hoại của mẫu
đơn tính
365
4.2.2. Các giải pháp sửa chữa hư hỏng của kết cấu BTCT công trình cảng bằng
vật liệu polyme
1) Giải pháp sử dụng "Chốt thép gắn bằng vữa polyme biến tính" để tăng cường
liên kết giữa bê tông cũ và mới
Þ Phương pháp tạo chốt:
Trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài, phương pháp tạo "chốt thép trong BT gắn
bằng vữa polyme biến tính" được tiến hành theo phương pháp như sau:
- Khoan tạo lỗ có chiều sâu và đường kính được xác định bằng tính toán vào BT.
- Làm vệ sinh sạch toàn bộ chiều sâu lỗ khoan (bằng khí nén, nước...), để cho khô.
- Nhồi vữa polyme biến tính vào lỗ khoan.
- Cắm chốt thép đã được chuẩn bị sẵn vào đến tận đáy lỗ khoan. Giữ ổn định vị trí
chốt trong lỗ khoan từ 3 ÷ 5 h để hoàn thành quá trình polyme hoá.
Þ Tính toán kết cấu chốt:
Chiều sâu lớn nhất của chốt được xác định theo công thức sau:
L = (d2. Ra)/ 4D. t. k.m
Trong đó:
- d: Đường kính chốt;
- D: Đường kính của hình trụ lỗ khoan mà từ đó có thể xảy ra hiện tượng nhổ;
- Ra: Lực kéo (nén) tác dụng lên chốt;
- t: Ứng suất nhổ đơn vị giới hạn trung bình;
- k: Hệ số đồng nhất của ứng suất nhổ giới hạn, được xác định dựa trên phương
pháp tính toán sai số thống kê của các mẫu thử thực tế;
- m: Hệ số điều kiện làm việc, có thể tham khảo trong các trị số ở bảng 4.2.
Bảng 4.2
Hệ số điều kiện làm việc m khi chiều sâu của chốt
Lượng chất hoá
rắn (% khối
lượng epoxy)
Nhiệt độ khi
là: (cm)
thi công ( 0C)
10
20
30
40
≥ 50
10
15
20
+ 20
+ 10
0
1.1
1.1
0.95
0.95
0.80
0.80
0.65
0.65
0.55
0.55
1.1
1.1
0.95
0.85
0.80
0.70
0.65
0.60
0.55
0.50
1.1
0.95
0.65
0.80
0.55
0.65
0.45
0.55
0.40
0.75
366
Ghi chú:
- Số liệu trên gạch sử dụng cho tính toán liên kết giữa vữa polyme và BT.
- Số liệu dưới gạch sử dụng cho tính toán liên kết giữa chốt thép và vữa polyme.
Þ Thí nghiệm:
- Thi công thử nghiệm chốt:
Đề tài đã tiến hành thi công thử nghiệm 2 loại chốt keo tương ứng với 2 loại vữa
polyme biến tính dùng để gắn chốt (mẫu 4 và 9).
- Kết quả thí nghiệm kéo chốt:
Sau khi chốt đạt cường độ, tiến hành xác định khả năng chịu kéo của chốt tại
Phòng thí nghiệm trọng điểm đường bộ I - Viện KH&CN GTVT (bảng 4.3).
Bảng 4.3
TT
1
Loại mẫu
Mẫu số 4
Mẫu số 9
Lực kéo tới hạn (T)
Trạng thái phá hoại
Chốt bị nhổ
3.2
4.6
2
Nứt mẫu BT
Hình 4.8. Chốt neo thi công thử nghiệm
Þ Nhận xét:
Hình 4.9. Chốt neo bị phá hoại
sau thí nghiệm
- Chốt liên kết sử dụng vật liệu polyme theo nghiên cứu của đề tài có đủ khả năng
chịu lực theo yêu cầu của công tác sửa chữa.
- Chốt liên kết sử dụng vữa polyme biến tính 2 thành phần (khoáng hạt mịn và hạt
nhỏ) có khả năng chịu lực tốt hơn so với một thành phần (khoáng hạt mịn).
- Số lượng chốt gia cường cần thiết nhằm để đảm bảo sự liên kết giữa BT cũ và vật
liệu mới thay thế phải được xác định trên cơ sở tính toán tương ứng với vật liệu gắn
kết và thí nghiệm khả năng chịu lực của chốt.
- Các kết quả nghiên cứu về giải pháp "chốt thép được gắn kết bằng vữa polyme
367
biến tính" sẽ được kết hợp áp dụng đồng thời với các giải pháp khác được nghiên cứu
trong đề tài này.
2) Giải pháp sửa chữa hư hỏng của kết cấu BTCT do bị xâm thực bằng vật liệu
polyme
Þ Đặc điểm của vật liệu polyme:
- Độ dính bám cao với BT và thép, đảm bảo được tính liên kết liền khối với bề mặt
của kết cấu BTCT cũ, nhưng lại gây khó khăn trong các thao tác sửa chữa.
- Độ chảy và dẻo lớn sau khi pha trộn, có khả năng tự ổn định và tự lấp đầy khoảng
trống ở trong ván khuôn rất tốt.
- Thời gian đông cứng nhanh, phù hợp với phương pháp thi công bằng thủ công có
khối lượng nhỏ, theo từng đợt.
Þ Yêu cầu đối với kết cấu cần sửa chữa:
- Có khoảng không gian trống ở phía trên và hai bên sườn để triển khai công nghệ
thi công (lắp đặt ván khuôn, cung cấp vật liệu).
- Khối lượng sửa chữa không lớn.
Phù hợp với sửa chữa dầm, trụ và bản tựa tàu BTCT, liên kết cọc - dầm, cọc - trụ tựa.
5. CÔNG NGHỆ GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẢI SỢI THUỶ TINH
5.1. Nguyên lý
Khi liên kết vải thuỷ tinh (Glass Fiber - GF) với bề mặt của kết cấu BTCT thì hệ sẽ
làm việc với 2 chức năng như sau:
- Bảo vệ kết cấu BTCT chống lại sự xâm thực của môi trường:
Việc dán vải GF lên bề mặt của kết cấu BTCT sẽ tạo thành một lớp vật liệu có khả
năng chống thấm cao, bảo vệ cho kết cấu BTCT chống lại sự xâm thực của môi
trường.
- Tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu BTCT:
Khi được gắn lên bề mặt BT, thông qua lực dính bám/hoặc liên kết, vải GF sẽ cùng
tham gia chịu lực với BT. Thậm chí ngay cả khi bê tông đã bị nứt thì lớp GF có khả
năng chịu kéo thay thế cho BT.
5.2. Nội dung
5.2.1. Nghiên cứu về vật liệu
1) Lựa chọn loại vật liệu
Þ Vải sợi thuỷ tinh GF:
368
Bảng 5.1
Loại vải GF tham
khảo của nước
ngoài
Loại vải GF có trong nước
Loại GF1 Loại GF2
Không rõ mã hiệu (Trung Quốc)
TT
Các chỉ tiêu cơ lý
1
2
3
4
Ký hiệu loại (xuất xứ)
Trọng lượng (g/m2)
Ứng suất kéo (kgf/cm)
Độ dày (mm)
E- glass (Hàn Quốc)
95
111.5
16.6
1.0
156.8
95.8
1. 3
275.6
1.0 (+ 15%)
Hình 5.1. Vải thuỷ tinh dùng cho công nghệ sửa chữa kết cấu BTCT
Þ Vật liệu kết dính:
Sử dụng vật liệu polyme đã được trình bày trong chương 3 "Nghiên cứu công nghệ
sửa chữa kết cấu BTCT công trình cảng bằng vật liệu polyme" của đề tài.
2) Nghiên cứu, thí nghiệm về công nghệ
Þ Chuẩn bị mẫu thí nghiệm:
- Đúc các tổ mẫu để thí nghiệm uốn theo kích thước tiêu chuẩn 40 x 40 x160 mm.
- Tiến hành thí nghiệm dán gia cường bề mặt BT cho cả hai loại vải GF. Đối với
từng loại chuẩn bị các mẫu như sau:
- Vải GF 1:
+ Nhóm 1: Dán 01 lớp vải GF lên 01 mặt của mẫu (mặt đáy).
+ Nhóm 2: Dán 02 lớp vải GF lên cùng 01 mặt của mẫu (mặt đáy).
+ Nhóm 3: Dán 01 lớp vải GF lên 03 mặt của mẫu (mặt đáy và 2 mặt bên).
- Vải GF 2:
+ Nhóm 1: Dán 01 lớp vải GF lên 01 mặt của mẫu (mặt đáy).
+ Nhóm 2: Dán 01 lớp vải GF lên 03 mặt của mẫu (mặt đáy và 2 mặt bên).
369
Hình 5.3. Các mẫu sau khi hoàn thành
Hình 5.2. Các mẫu trong quá trình
dán GF
dán GF
Þ Tiến hành thí nghiệm uốn mẫu:
Thí nghiệm uốn mẫu được tiến hành trên máy kỹ thuật số số Zwich - Isatall tại
Phòng LAS XD 298 Viện KH&CN GTVT.
3) Phân tích kết quả thí nghiệm
Þ Đối với giải pháp gia cường bằng vải GF1:
- Do vải GF1 có khả năng chịu kéo thấp, cho nên khả năng chịu lực trung bình của
kết cấu khi bị phá hoại chỉ tăng tương ứng với 1 hoặc 2 lớp đáy, hoặc 3 mặt là 5.7%,
7.5 ¸ 34.2% và 12.3% so với mẫu đối chứng.
- Tuy nhiên, độ võng tương ứng trạng thái phá hoại tăng đáng kể là 82.8%, 190.7 ¸
215.2% và 297.7% so với mẫu đối chứng.
- Các mặt phá hoại của mẫu có vị trí và hình dạng như kết cấu BT thông thường.
- Vải GF1 bị phá hoại theo dạng bị tách khỏi bề mặt BT, hoặc bị kéo đứt tại vị trí
vết nứt của BT.
- Giải pháp sử dụng GF1 chỉ phù hợp cho việc bảo vệ kết cấu chống lại sự xâm
thực của môi trường.
Bảng 5.2
Kết quả thí nghiệm uốn mẫu mẫu
(Ứng suất/độ võng)
Nhóm mẫu
Mẫu
Giai đoạn 1
Giai đoạn 2
1
1
77.14/ 0.385
74.32/ 0.398
84.77/ 0.616
78.46/ 0.389
80,80/ 0.682
83,28/ 0.836
84.77/ 0.616
82.95/ 0.711
Mẫu ĐC
2
3
Trung bình
2
1
45,06/ 0.766
53,92/ 1.019
59.11/ 0.678
52.69/ 0.821
Dán 1 lớp GF2
2
không neo
3
Trung bình
370
Kết quả thí nghiệm uốn mẫu mẫu
(Ứng suất/độ võng)
Nhóm mẫu
Mẫu
Giai đoạn 1
84,36/ 1.131
89,16/ 0.846
79.65/ 0.666
96.45/ 0.669
87.41/ 0.828
86.64/ 1.614
89.63/ 1.34
88.15/ 1.477
Giai đoạn 2
3
1
Dán 2 lớp GF2
2
100.8/ 1.541
106.8/ 1.084
108.38/ 1.054
105.32/ 1.226
82.18/ 1.961
90.07/ 1.544
86.12/ 1.752
có neo
3
4
Trung bình
Dán GF2 tại 3
mặt có neo
1
2
Trung bình
Crush in mm
0
0
2
4
6
8
10
100
200
300
400
Hình 5.4. Thí nghiệm uốn mấu
gia cường
Hình 5.5. Biểu đồ uốn mẫu gia cường
vải GF1
Hình 5.6. Mẫu dán mặt đáy 2 lớp.
Hình 5.7. Uốn gãy mẫu gia cường
vải GF1
371
Hình 5.8. Mẫu dán 3 mặt vải GF1
Hình 5.9. Mẫu dán mặt đáy 1 lớp
Þ Đối với giải pháp gia cường bằng vải GF2 (dày):
Bảng 5.3
Kết quả thí nghiệm uốn mẫu (Ứng suất/độ võng)
Nhóm mẫu
Mẫu
Giai đoạn 1
77.14/ 0.385
74.32/ 0.398
83.93/ 0.383
78.46/ 0.389
51.03/ 1.167
78.12/ 1.431
98.96/ 1.209
76.04/ 1.269
81.66/ 0.985
88.87/ 1.181
101.35/ 1.28
Giai đoạn 2
Giai đoạn 3
Giai đoạn 4
1
1
2
Mẫu ĐC
3
TB
1
62.93/ 1.301
87.2/ 1.77
109.37/ 1.798
120.1/ 2.431
163.61/ 2.002
136.49/ 2.077
144,1/ 1.829
137.1/ 1.719
141.46/ 1.94
140.89/ 1.829
233.96/ 2.47
276.99/ 2.231
2
2
Dán 1 lớp GF2
3
135.2/ 1.689
99.06/ 1.586
118.9/ 1.488
107.6/ 1.393
130.6/ 1.686
không neo
TB
1
3
166,7/ 2.281
167,8/ 2.403
142.2/ 2.055
158.9/ 2.246
271.2/ 2.96
298.1/ 2.47
Dán 1 lớp GF2
2
có neo
3
TB
1
90.63/ 1.148 119.03/ 1.522
84.48/ 1.192 128.1/ 1.654
Dán GF2 tại 3
mặt có neo
2
101.04/1.015 173.45/ 1.524
92.76/ 1.104 150.78/ 1.589
TB
255.48/ 2.351 284.65/ 2.715
372
Crush in mm
0
0
2
4
6
8
10
200
400
600
800
1000
Hình 5.11. Dạng phá hoại mẫu gia
cường 1 lớp GF2, không neo
Hình 5.10. Biểu đồ uốn mẫu gia cường 1
lớp, không neo (dạng 1)
Crush in mm
0
0
2
4
6
8
10
200
400
600
Hình 5.13. Các dạng phá hoại của mẫu
uốn gia cường 1 lớp GF2 có neo
Hình 5.12. Biểu đồ thí nghiệm uốn với
mẫu gia cường 1 lớp có neo
Crush in mm
0
0
2
4
6
8
10
200
400
600
800
1000
1200
Hình 5.14. Biểu đồ thí nghiệm uốn mẫu
gia cường 3 mặt vải GF2 có neo
Hình 5.15. Dạng phá hoại của mẫu uốn
gia cường 3 mặt vải GF2 có neo
Þ Đối với gia cường bằng 1 lớp GF2 (không neo):
- Quá trình nén ép mẫu có thể phân theo 3 giai đoạn, tuơng ứng với mỗi giai đoạn
trong mẫu xuất hiện 1 vết nứt.
- Tại thời điểm bắt đầu thì BT chịu lực là chủ yếu, sự làm việc đồng thời giữa BT
và vải GF làm cho khả năng chịu lực của kết cấu tăng lên, vải GF2 đóng vai trò chính
trong việc ngăn cản sự phát triển của vết nứt.
- Do ảnh hưởng của sự tham gia làm việc giữa vải GF2 và bê tông, mặt phẳng phá
hoại không vuông góc mà nghiêng với góc khá lớn với phương trục dọc của mẫu, kéo
dài tới đầu mút của vải GF dán dưới đáy mẫu.
373
Tải về để xem bản đầy đủ
249 trang
11/03/2024
1590
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Nghiên cứu các công nghệ mới sửa chữa những hư hỏng của kết cấu bê tông cốt thép trong công trình cảng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- nghien_cuu_cac_cong_nghe_moi_sua_chua_nhung_hu_hong_cua_ket.pdf
