Bài giảng Sửa chữa, gia cố kết cấu công trình - Chương 1: Khái niệm chung - Vũ Hoàng Hiệp

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
dựng. NXB Khoa học kỹ thuật - Hà Nội 1997.
5. Vương Hách. Sổ tay xử lý sự cố công trình tập 1.2.3.
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...)
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
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
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
sang khô (khi BT đã đóng rắn) khoảng 400-
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.
Nhiệt độ (0C) 100 200 300 400 500 600
Giảm (%) 10 20 30 40 50 60
1.2.2. Tác động của nhiệt độ cao (4000C-12000C)
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.
1.2.3. 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.
1.2.4. Sự hư hỏng, phá hoại do chịu lực.
Mỗi cấu kiện chịu nội lực khác nhau sẽ có những dạng
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
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%
* Do sai phạm trong công tác thiết kế: 42.9%
* Do sai phạm trong công tác thi công: 32.3%
* Do những sai phạm khác: 2.8%
Theo thông kê một số nước Âu – Mỹ
*Do sai phạm trong công tác thiết kế: 51%
* 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
Mức độ 
nguy hiểm
Biểu hiện nguy hiểm Phương hướng xử lý
Cấp A
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.
Bảo trì định kỳ
Cấp B
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 nhỏ
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.
Sửa chữa lớn
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,
thiết kế, thi công
● Công trình lâu năm bị xuống cấp
● 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?