Học phần:
SỬA CHỮA, GIA CỐ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
GV: Ts. Vũ Hoàng Hiệp
Nội dung Học phần:
1. Khái niệm chung
2. Công tác khảo sát, thiết kế
3. Gia cố kết cấu bê tông cốt thép
4. Kỹ thuật sửa chữa kết cấu bê tông cốt thép
5. Chống ăn mòn cho kết cấu gia cố
Tài liệu tham khảo: 1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012. Kết cấu bê tông
và BTCT - Tiêu chuẩn thiết kế.
2. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5573:1991. Kết cấu gạch
đá và gạch đá có cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế.
3. Tiêu chuẩn TCXDVN 373-2006. Chỉ dẫn đánh giá mức
độ nguy hiểm của kết cấu nhà
4. Nguyễn Xuân Bích. Sửa chữa và gia cố công trình xây
5. Vương Hách. Sổ tay xử lý sự cố công trình tập 1.2.3.
dựng. NXB Khoa học kỹ thuật - Hà Nội 1997.
NXB Xây dựng - 2011.
Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG
1.1. Những hư hỏng của kết cấu BTCT
a) Bê tông bị rỗ: Phân loại và đặc điểm: - Rỗ mặt (tổ ong): Sâu khoảng 1- 2cm thành từng mảng trên bề mặt - Rỗ sâu: Hình thành một lỗ rất sâu trong bê tông, làm lộ cốt thép ra ngoài - Rỗ thấu suốt: Lỗ rỗng ăn thông qua hai mặt của kết cấu bê tông cốt thép
1.1. Những hư hỏng của kết cấu BTCT
b) Bê tông bị nứt nẻ: Phân loại: • Theo hình thức vết nứt (hình dáng, bề rộng, chiều sâu, chiều dài) • Theo nguyên nhân (Tải trọng, co ngót, nhiệt độ, lún lệch, do thi công, do vật liệu...)
1.1. Những hư hỏng của kết cấu BTCT
c) Bê tông bị vỡ lở: - Là hiện tượng bê tông bị vỡ thành từng mảng rộng - Hiện tượng này thường xảy ra ở các góc, mép cạnh kết cấu và ở cả trên mặt tấm bê tông
1.1. Những hư hỏng của kết cấu BTCT
d) Bê tông bị trắng mặt (quá khô): - Những cấu kiện làm bằng ximăng pooclang được bảo dưỡng cẩn thận thì mặt bê tông có màu sắc xám xanh - Tuy nhiên có những kết cấu bê tông sau khi dỡ cốp pha thì mặt ngoài bạc trắng, có lớp bột mịn bên ngoài mặt.
1.1. Những hư hỏng của kết cấu BTCT
e) Bê tông bị phồng rộp: - Dưới lớp phồng bê tông chứa cả nước lẫn khí
1.1. Những hư hỏng của kết cấu BTCT g) Bê tông bị xâm thực: - Là hiện tượng những thành phần hóa chất trong xi măng và cốt liệu bị hủy hoại, đá xi măng biến đổi, suy giảm cường độ
1.1. Những hư hỏng của kết cấu BTCT h) Bê tông bị bào mòn: Xảy ra ở nơi có dòng chảy
1.1. Những hư hỏng của kết cấu BTCT
i) Bê tông bị tác động nhiệt độ cao: Nhiệt độ cao làm cường độ bê tông giảm Bê tông chưa ninh kết chịu nhiệt kém Chiều dày bê tông nhỏ không bảo vệ được cốt thép chịu nhiệt
1.2. Những nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu BTCT
Trong môi trường khí hậu thời tiết, kết cấu BTCT chịu các tác động khác nhau do sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, tác dụng của các yếu tố cơ, lý, hóa, vi sinh vật những yếu tố này tác động trong cả quá trình xây dựng và khai thác sử dụng, nó làm cho công trình bị hư hỏng và xuống cấp. Các tác động bất thường như động đất, bão lụt, cháy nổ cũng làm cho bộ phận công trình hoặc toàn bộ công trình bị phá hoại nghiêm trọng nếu trong thiết kế chưa đề cập đến các tác động bất thường này. Các thiếu sót trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công, vận hành khai thác và chế độ bảo trì cũng góp phần không nhỏ vào tình trạng hư hỏng của kết cấu BTCT.
1.2. Những nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu BTCT
khô đóng (khi BT đã khoảng rắn)
1.2.1. Tác động của môi trường khí hậu thời tiết. a. Tác động của sự thay đổi nhiệt độ không khí. b. Ảnh hưởng của độ ẩm. Co ngót của bê tông nặng khi chuyển từ trạng thái ẩm 400- sang 800microstrains (x10-6mm/m) c. Bê tông chịu tác động của băng giá. - Các công trình trong vùng lạnh (Sa Pa; Lạng Sơn). - Các công trình đông lạnh khi nhiệt độ yêu cầu dưới - 150C, cho dù có các lớp bảo ôn nhưng có thể kết cấu BTCT vẫn chịu nhiệt độ dưới 00C. Ở nhiệt độ âm này, lượng nước dư trong BT bị đóng băng, thể tích tăng lên, chèn ép vào BT, gây nứt vỡ BT.
Các nghiên cứu cho thấy khi nhiệt độ tăng cao cường độ BT giảm xuống, thể tích tăng lên. Sự chênh lệch nhiệt độ do phía bị đốt nóng cũng làm cho kết cấu bị biến dạng, gây nứt, vỡ bề mặt.
1.2.2. Tác động của nhiệt độ cao (4000C-12000C)
Nhiệt độ (0C) 100 200 300 400 500 600
Giảm (%) 10 20 30 40 50 60
1.2.3. Tác động của ăn mòn hóa học. a. Ăn mòn bê tông - Hòa tan Ca(OH)2 do CO2 thấm vào BT, các muối có trong nước mềm hòa tan Ca(OH)2 làm giảm độ kiềm trong BT, BT mất khả năng bảo vệ cốt thép. - Ăn mòn do axit, bazơ, hoặc muối với các chất dễ hòa tan như Ca(OH)2 hoặc nCaOmSiO2 là những thành phần của đá xi măng. Dạng ăn mòn này tiến từ ngoài vào trong làm giảm kiềm trong BT: Ca(OH)2+HCl=CaCl2 + 2H2O - Do muối sinh ra trong các phản ứng ăn mòn với thành phần của xi măng tạo thành chất kết tinh có thể tích tăng lên trên hai lần, chèn ép làm vỡ BT.
3CaSO4+3CaOAl2O3+31H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O
tăng thể tích lên 2.27 lần chèn ép vào cấu trúc BT.
b. Ăn mòn cốt thép trong BT. Đây là quá trình điện hóa. Nó phụ thuộc vào độ pH của BT.
lực khác nhau sẽ có những dạng
1.2.4. Sự hư hỏng, phá hoại do chịu lực. Mỗi cấu kiện chịu nội thức phá hoại khác nhau. Ví dụ cho các cấu kiện cụ thể. Biến dạng cực hạn của BT vùng kéo 2.10-4; biến dạng cực hạn của BT vùng nén khi chịu nén đúng tâm 2.10-3; nén lệch tâm, uốn là 3.5x10-3
2.8%
1.2.5. Những sai sót trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công Theo thống kê ở trong nước các sai phạm do các công tác như sau: * Do sai phạm trong công tác khảo sát: 22% 42.9% * Do sai phạm trong công tác thiết kế: * Do sai phạm trong công tác thi công: 32.3% * Do những sai phạm khác: Theo thông kê một số nước Âu – Mỹ 51% *Do sai phạm trong công tác thiết kế: * Do sai phạm trong công tác thi công: 40% * Do sử dụng, bảo trì: 9%
a. Những sai sót trong khâu khảo sát - Cung cấp số liệu không chính xác về các chỉ tiêu cơ lý của đất nền. - Chiều sâu khảo sát chưa đủ. (thông thường quy định chiều sâu khảo sát là 1.5Hcông trình; khi gặp nền đất yếu cần tăng thêm chiều sâu khảo sát.) - Các số liệu về nước ngầm, động thái và tính chất hóa học của nước ngầm ảnh hưởng đến việc ăn mòn BT và cốt thép. Những sai sót này sẽ dẫn đến giải pháp về nền móng công trình không đảm bảo (KNCL, chống ăn mòn, ...)
b. Những sai sót trong công tác thiết kế - Những số liệu ban đầu. - Giải pháp kết cấu và vật liệu sử dụng - Tính toán và cấu tạo
c. Những sai sót do thi công. - Chất lượng vật liệu, kỹ thuật thi công không tốt: Chất lượng và tỷ lệ các thành phần không thỏa đáng, xi măng kém phẩm chất, cốt liệu không sạch, đầm không kỹ , bảo dưỡng không tốt... - Quy trình thi công sai sót. - Công tác ván khuôn chưa tốt: mất nước XM, võng kết cấu. - Cốt thép bẩn, han gỉ, sai vị trí, thiếu, nhầm lẫn chủng loại. - Chất lượng thi công các lớp phủ không đảm bảo với những kết cấu trong MT ăn mòn mạnh.
1.2.6. Tình trạng khai thác công trình, công tác bảo trì
- Sử dụng công trình không đúng với chức năng ban đầu. - Sử dụng công trình thiếu ý thức: gây ra những va chạm mạnh gây sứt vỡ BT, làm đổ hoặc vương vãi hóa chất gây ăn mòn. - Sửa chữa cải tạo tùy tiện, làm thay đổi sơ đồ chịu lực ban đầu. - Không có kế hoạch bảo trì đúng hạn.
1.3. Đánh giá tính chất, mức độ hư hỏng công trình
1.3.1. Bằng các phương pháp thí nghiệm phá hủy và không phá hủy (NDT): đánh giá tính chất cơ học của vật liệu, kết cấu
1.3.2. Trên cơ sở các tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu, dung sai cho phép: đối chiếu, kết luận
1.3.3. Theo TCXDVN 373-2006 - Chỉ dẫn đánh giá mức độ nguy hiểm của kết cấu nhà: tính toán, kết luận
1.3.4. Dựa trên những phân tích, tính toán kiểm tra của chuyên gia
TCXDVN 373:2006: Độ nguy hiểm của công trình được phân chia thành 4 cấp
Biểu hiện nguy hiểm
Phương hướng xử lý
Mức độ nguy hiểm
Bảo trì định kỳ
Cấp A
Sửa chữa nhỏ
Cấp B
Kết cấu an toàn, chưa có nguy hiểm, khả năng chịu lực của kết cấu có thể thoả mãn yêu cầu sử dụng bình thường. Cá biệt có cấu kiện ở trạng thái nguy hiểm cục bộ, nhưng kết cấu chịu lực chưa bị ảnh hưởng, khả năng chịu lực của kết cấu cơ bản đạt yêu cầu, công trình đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường.
Sửa chữa lớn
Cấp C
Khả năng chịu lực của một bộ phận kết cấu không đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường, xuất hiện tình trạng nguy hiểm cục bộ.
Cấp D
Khả năng chịu lực của kết cấu chịu lực không đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường, Nhà xuất hiện tình trạng nguy hiểm tổng thể.
Sửa chữa toàn diện, kèm theo gia cường lại hệ kết cấu, hoặc kiến nghị dỡ bỏ nhằm đảm bảo an toàn cho công trình lân cận.
1.4. Đối tượng gia cố, sửa chữa, cải tạo
● Công trình bị hư hỏng do sai sót trong khảo sát,
● Công trình lâu năm bị xuống cấp
thiết kế, thi công
● Công trình thay đổi công năng, thiết bị
● Công trình cải tạo quy mô
Ôn tập Chương 1:
1. Các hình thức hư hỏng của BTCT?
2. Các nguyên nhân gây hư hỏng?
3. Đánh giá mức độ hư hỏng bằng nguyên tắc nào?
4. Các đối tượng cần sửa chữa, gia cố?
