Trong các công trình cầu hiện đại, kích thước bệ móng và trụ tháp ngày càng lớn nhằm đáp ứng yêu cầu chịu lực và điều kiện địa chất phức tạp. Khi kích thước khối đổ tăng, nhiệt sinh ra do phản ứng thủy hóa xi măng khó thoát nhanh ra môi trường, làm nhiệt độ vùng lõi tăng mạnh trong giai đoạn tuổi sớm. Sự phát triển nhiệt phụ thuộc đáng kể vào thành phần chất kết dính, đặc biệt là lượng xi măng sử dụng trong một đơn vị thể tích bê tông [1, 2].
Bài báo đánh giá đồng thời ảnh hưởng của hàm lượng xi măng và phân đoạn thi công đến ứng xử nhiệt-cơ của bệ móng bê tông khối lớn.
Vì vậy, cùng một hình học kết cấu và cùng điều kiện môi trường, thay đổi hàm lượng xi măng có thể làm thay đổi đáng kể giá trị nhiệt độ cực đại cũng như lịch sử nhiệt của khối bê tông. Sự phân bố nhiệt độ không đồng đều gây ra biến dạng nhiệt khác nhau giữa vùng lõi và vùng biên. Khi biến dạng này bị kìm giữ bởi nền, bởi các vùng bê tông nguội hơn hoặc bởi các phần kết cấu đã thi công trước, ứng suất kéo có thể phát triển và gây nứt ở tuổi sớm.
Các hướng dẫn về bê tông khối lớn đều nhấn mạnh rằng kiểm soát nứt không chỉ dựa trên nhiệt độ cực đại mà còn cần xem xét chênh lệch nhiệt độ, tốc độ thay đổi nhiệt và điều kiện kìm giữ [3, 4, 5]. Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, vấn đề này đặc biệt quan trọng đối với bệ trụ cầu có kích thước lớn và thời gian thi công kéo dài.
Nhiều nghiên cứu đã sử dụng phân tích liên hợp nhiệt-cơ để mô phỏng diễn biến nhiệt độ và ứng suất của bê tông khối lớn. Malkawi và cộng sự [6] chỉ ra rằng mô hình nhiệt-kết cấu có thể hỗ trợ đánh giá hiệu quả kiểm soát nhiệt độ trong kết cấu bê tông khối lớn.
Ha và cộng sự [7] cho thấy chế độ bảo dưỡng và kiểm soát nhiệt có ảnh hưởng rõ đến nguy cơ nứt nhiệt. Các nghiên cứu sau đó tiếp tục phát triển mô hình số nhằm mô tả chính xác hơn trường nhiệt trong các kết cấu có kích thước lớn [8, 9, 10]. Bên cạnh các biện pháp làm mát, tối ưu cấp phối là một hướng kiểm soát ngay từ nguồn sinh nhiệt.
Giảm lượng xi măng, sử dụng chất kết dính hỗn hợp hoặc điều chỉnh cấp cường độ theo tuổi muộn hơn có thể làm giảm tốc độ và tổng lượng nhiệt thủy hóa. Tuy nhiên, giảm hàm lượng xi măng phải đồng thời thỏa mãn các yêu cầu về cường độ, độ bền và tính công tác của hỗn hợp. Do đó, cần định lượng mức độ nhạy của trường nhiệt-cơ đối với hàm lượng xi măng để hỗ trợ lựa chọn cấp phối hợp lý.
Một biện pháp khác thường được áp dụng trong thi công bê tông khối lớn là phân chia khối đổ theo chiều cao hoặc theo mặt bằng. Về mặt nhiệt, phân đoạn thi công làm giảm thể tích bê tông được kích hoạt trong một thời điểm và tăng diện tích trao đổi nhiệt tương đối, vì vậy có thể giảm nhiệt độ cực đại.
Tuy nhiên, khi đợt đổ sau được thực hiện trên lớp bê tông đã đóng rắn của đợt trước, điều kiện kìm giữ cơ học và lịch sử nhiệt trở nên phức tạp hơn. Do đó, nhiệt độ cực đại thấp hơn không đồng nghĩa với ứng suất nhiệt luôn thấp hơn. Đây là điểm cần được xem xét khi đánh giá hiệu quả thật sự của giải pháp phân đoạn thi công. Các nghiên cứu về hệ thống làm lạnh bằng ống cũng cho thấy phân bố nhiệt trong bê tông khối lớn chịu ảnh hưởng mạnh của vị trí nguồn/sink nhiệt và lịch sử trao đổi nhiệt [8, 9, 10, 11, 12, 13].
Mặc dù bài báo này không tập trung vào pipe cooling, các kết quả đó cho thấy một nguyên tắc chung: Ứng xử cơ học phụ thuộc vào toàn bộ trường nhiệt, không chỉ vào một giá trị nhiệt độ cực đại. Vì vậy, khi khảo sát hàm lượng xi măng và phân đoạn thi công, cần đánh giá đồng thời nhiệt độ, ứng suất và chuyển vị.
Phương pháp phần tử hữu hạn cho phép xét đồng thời nguồn nhiệt thủy hóa, dẫn nhiệt, đối lưu, sự phát triển tính chất vật liệu theo tuổi và các giai đoạn thi công. MIDAS/Civil cung cấp mô-đun phân tích nhiệt thủy hóa phù hợp với loại bài toán này [14], trong khi các quy định của JSCE và tiêu chuẩn về bê tông khối lớn cung cấp cơ sở cho việc kiểm soát nhiệt và nứt trong thi công [4, 15].
Trên cơ sở số liệu và mô hình của một bệ móng bê tông khối lớn (25×25×3)m, nghiên cứu này tập trung vào một nội dung khác với cách trình bày truyền thống chỉ liệt kê kết quả từng cấp phối: Đánh giá định lượng ảnh hưởng kết hợp của hàm lượng xi măng và phân đoạn thi công. Sáu hàm lượng xi măng từ 300 đến 450 kg/m³ được phân tích ở hai giai đoạn đổ.
Bên cạnh so sánh giá trị cực đại, bài báo xác định độ nhạy tuyến tính, tỷ lệ giảm nhiệt độ do phân đoạn và mức tăng ứng suất ở giai đoạn 2. Qua đó, nghiên cứu làm rõ sự đánh đổi giữa lợi ích nhiệt học và bất lợi cơ học của phân đoạn thi công, từ đó đề xuất hàm ý cho thiết kế cấp phối và tổ chức thi công bệ móng bê tông khối lớn.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Build.Data
