Bài giảng Bệnh học và sửa chữa công trình - Phần 1: Tổng quan về Bệnh và Tuổi thọ công trình - Nguyễn Hoàng Giang

Nội dung text: Bài giảng Bệnh học và sửa chữa công trình - Phần 1: Tổng quan về Bệnh và Tuổi thọ công trình - Nguyễn Hoàng Giang

1. KHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Bộ môn Thí nghiệm và Kiểm định công trình BỆNH HỌC VÀ SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH TS. Nguy ễn Hoàng Giang – Email: giangnhxd@gmail.com
2. KHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Bộ môn Thí nghiệm và Kiểm định công trình BỆNH HỌC VÀ SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH - 30 tiết - 1 bài kiểm tra - Thi - Tổng điểm = Điểm quá trình (0,4) + điểm thi (0,6) Học tiết 13, 14, 15 thứ 3, thứ 6 tuần 1, 5 Æ 9
3. MỤC TIÊU MÔN HỌC -Nắm được các khái niệm cơ bản liên quan đến tuổi thọ công trình, hư hỏng công trình -Nắm được nguyên tắc đảm bảo tuổi thọ kết cấu công trình - Nắm được nguyên t ắcckh khảo sát , đánh giá tình tr ạng h ư hỏng của công trình -Nắm được các nguyên nhân gây hư hỏng, làm giảm tuổi thọ công trình -Nắm được các phương pháp sửa chữa , gia cường kết cấu công trình
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ™ Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT, kết cấu thép hiện hành ™ Tiêu chuẩn khảo sát, đánh giá hiện trạng công trình xây dựng ™ Sổ tay xử lý sự cố công trình xây dựng- tập 1, 2, 3, Vương Hách, Nhà xuất bản Xây dựng, 2000. ™ Sửa chữa và gia cố kết cấu BTCT, Nguyễn Xuân Bích, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật ™ Hư hỏng sửa chữa gia cường công trình , Lê văn Kiểm, Nhà xuất bản ĐH kỹ thuật TP. HCM, 2000
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH
8. NỘI DUNG MÔN HỌC ™ Phần 1 : Tổng quan về Bệnh và Tuổi thọ công trình ™ Phần 2 : Đánh giá hiện trạng chất lượng công trình xây dựng ™ Phần 3 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu bê tông ™ Phần 4 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu thép ™ Phần 5 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường khối xây ™ Phần 6 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu móng
9. PHẦN I TỔNG QUAN VỀ BỆNH VÀ TUỔITHI THỌ CÔNG TRÌNH
10. NỘI DUNG PHẦN 1 ‰ SỰ LÀM VIỆC THEO THỜI GIAN CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ‰ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
11. SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN VÒNG ĐỜI CỦA MỘT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Xử lý Nhu cầu công trình thị trường Sửa chữa, Thiết kế bảo dưỡng Đưa vào Thi công sử dụng xây dựng ‰ Luậtâdt xây dựng 2003 quy địnhháh các hoạt động xââdy dựng là c ác c ông v iệc từ khi có chủ trương đầu tư đến hết tuổi thọ của công trình
12. SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN VÒNG ĐỜI CỦA MỘT SẢN PHẨM XÂY DỰNG ‰ Mỗi sản phẩm ((gcông trình )y) xây dựng đều có một tuổi thọ nhất định và cần được xác định trước từ khâu thiết kế. Ví dụ một công trình nhà cao tầng thường có thời gian sử dụng trong vòng 50 đến 100 năm và phải đảm bảo các chứcnc năng sử dụng trong su ốttth thờiigian gian đó ‰ Vì nhiều yếu tố tác động khác nhau, chất lượng (độ bền vững) của công trình xây dựng suy giảm theo th ờiigians gian sử dụng ‰ Bảo dưỡng,sửa chữa côngyg trình là yêu cầu tất yếu để đảm bảo được chức năng sử dụng của công trình đồng thời nâng cao độ bền vững của công trình
13. SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH ‰ Trong suốt quá trình tồn tại, công trình xây dựng chịu tác động của nhiều nguồnntác tác động khác nhau: ƒ Tác động cơ học(tc ( tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng bất thường .) ƒ Tác động của các yếu tố môi trường ( nhiệt độ, độ ẩm ) Đâlàáây là các nguồn gâêây nên « bệnh « hay sự suy giảm khả năng làm việc, chất lượng của công trình xây dựng
14. SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH ƒ Tác động cơ học : được kể đến trong khâu thiết kế công,yg trình, tuy nhiên thực tế làm việc có thể có sự sai khác. Ví dụ: -Do sự thay đổi công năng sử dụng -Do chất lượng thi công không đảm bảo -Do tác động của thiên tai (gió, động đất) vượt quá dự báo khi thiết kế -Do tác động của cháy nổ . Ảnh hưởng trực tiếp đến sự làm việc của các kết cấu chịu lực
15. SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH ƒ Tác động c ủa các yếutu tố môi tr ường : thường không đượckc kể đến trong khâu thiết kế công trình. Ví dụ : - Sự chênh lệch nhiệt độ môi trường -Biến dạng co ngót (co khô) của vật liệu, biến dạng từ biến . -Các yếu tố xâm thực từ môi trường Làm suy thoái chất lượng của các vật liệu xây dựng theo thời gian
16. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Söa ch÷a Ban ®Çu cc ng ữ Tèi thiÓu g lµm viÖ «ng tr×nh n v nn cc ềề b cña Tuæi thä c«ng tr×nh Độ Kh¶ n¨ Thêi gian
17. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG - Độ bềnnv vững c ủa công trình đượcchi hiểuulàkh là khả năng ch ịuul lực, độ ổn định, độ an toàn khi sử dụng, khả năng chống thấm, cách âm . (Rilem, 1986) - Độ bền vững của công trình được xác định từ khâu thiết kế ban đầu và là một hàm của thời gian -Trái ngược với độ bền vững là sự hư hỏng của công trình. Sự hư hỏng công trình có thể hiểu là sự suy giảm độ bền vững của công trình và cũng là một hàm của thời gian
18. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG - Độ bềnnv vững c ũng nh ư hư hỏng c ủa công trình th ường được đánh giá ở 3 cấp độ : + Giữa các cấp độ trên có sự tương tác lẫn nhau trong đó có thể coi đảm bảo độ bền của vật liệu trên công trình có ý nghĩa quan trọng
19. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Độ bềnvn vững c ủama một công trình xây dựng là t ổng th ể củara rất nhiều các yếu tố tác động khác nhau : Độ bền vững của công trình xây dựng Thiết kế Vật liệu Thi công Chế độ • Giải pháp • Bê tông • Biện pháp bảo trì • Cấu tạo • Cốt thép • Trình độ Do các yếu tố khách quan và chủ quan, độ bền vững của công trình suy giảm theo th ờiii gian đến một mức độ giớihi hạn. Giớihi hạn nàóthày có thể hiểu chính là tuổi thọ của công trình.
20. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH Tuổithi thọ công trình là khoảng thời gian mà công trình làm việccbình bình thường đảm bảo các yêu cầu về an toàn được quy định (Theo Eurocode) Công trình làm việc bình thường : Đảm bảo công năng quy định trong hồ sơ thiết kế công trình, dựa trên các điều kiện về trạng thái giớihi hạnnv về sử dụng An toàn quy định : liên quan đến độ tin c ậy quy định. Độ tin c ậy được tính toán trong giai đoạn thiết kế . Tuy nhiên giá trị độ tin cậy giảm dần theo thời gian đến mức độ giới hạn xác định tuổi thọ của công trình
21. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH Tuổi thọ ( năm) Dạng kết cấu, công trình 10 Kếtct cấuut tạmmth thời 25 Các bộ phận kết cấu có thể thay thế 25 Kếtct cấu công trình nông nghiệp 50 Nhà và các kết cấu thông dụng 100 Công trình có ý nghĩava văn hóa; cầuuvà và những công trình xây dựng QQyuy định về Tuổi thọ của cônggy trình xây dựng theo tiêu chuẩn NF EN 1990 (CH Pháp)
22. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ của kết cấu bê tông (theo Eurocode) -Tuổi thọ (hay độ bền) của kết cấu bê tông chịu ảnh hưởng trực tiếp của độ bền của vật liệu cấu thành (bê tông, thép). Độ bền của vật liệu bê tông và vật liệu thép được quyết định bởi quá trình (tốc độ) ăn mòn cốt thép trong kết cấu bê tông . - Các mô hình dự báo tuổi thọ của kết cấu bê tông thường được xây dựng dựa trên các mô hình d ự báo t ốc độ ănnmònc mòn cốtthépt thép -Tốc độ ăn mòn cốt théppp phụ thuộc vào điều kiện môi trường làm việc + chất lượng lớp bê tông bảo vệ. - Xác định các yếutu tố chính ảnh h ưởng đến quá trình ănnmònc mòn cốt thép và xem như “chỉ tiêu độ bền “
23. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Các bước tiến hành điều tra bệnh công trình
24. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG - Mô hình dự báo tuổi thọ theo kiến nghị của nhiều tác giả CH. Pháp : Đầu Các chỉ tiêu về độ bền vào Mô hình tính toán - Phương trình -Điều kiện ban đầu, điều kiện biên - Quy luật thay đổi của các chỉ tiêu về độ bền Đo đạc các chỉ tiêu độ bền theo Kiểm tra các quy luật một số chkhu kỳ xác trong mô hình định trên công trình Đầurau ra Dự báo tuổi thọ công trình
25. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Đo đạc tốc độ xâm nhập CO2 trong Đo đạc tốc độ xâm nhập Clorua kết cấu bê tông trong kết cấu bê tông
26. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG -Ví dụ dự báo tuổi thọ kết cấu BTCT trên cơ sở của hư hỏng do ăn mòn cốt thép do quá trình các bo nát hóa bê tông Tốc độ suy thoái là tốc độ gỉ cốt thép. Mức giới hạn là tiếtdit diệnnc cốt thép tối thiểu. Tốc độ suy thoái là sự phát triển chiều sâu cácbonát hóa trong bê tông. Mức giới hạn là chiều sâu các bo nát hóa gần đạt tới vị trí cốt thép Mô tả các giai đoạn ăn mòn cốt thép do CO2
27. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG -Ví dụ dự báo tuổi thọ kết cấu BTCT trên cơ sở của hư hỏng do ăn mòn cốt thép do quá trình các bo nát hóa bê tông
28. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Sự phát triển chiều sâu cácbonát hóa trong bê tông (giai đoạn tích tụ điều kiện gỉ) được xác định bằng biểu thức : x = k tin k = x / tin x : chiều sâu lớp bê tông bị cácbonat hóa , mm k : hệ số phản ánh tốc độ cácbonat hóa , mm/(năm)0,5 tin : thời gggian bê tông chịu tác động xâm thực của khí CO2 , năm 2 ⎛ C −10 ⎞ tin,max = ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠ tin,max, : thời gian kết cấu bê tông tồn tại cho đến khi bắt đầu bị gỉ cốt thép , năm C : chiều dày lớp bảo vệ bê tông, mm
29. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Tốc độ suy thoái kết cấu trong giai đoạn phát triển gỉ được biểu thị bằng tốc độ gỉ cốt thép theo thời gian : ⎛ F ⎞ ⎜1− t ⎟.100 r − r ⎜ F ⎟ Δr = 0 t ΔF = ⎝ 0 ⎠ hoặc tcorr tcorr ΔF : tỷ lệ suy giảm tiết diện cốt thép trên một năm , %/năm 2 F0 ,Ft :di: diện tích cốt thép ban đầuuvà và ở thời điểmkim kiểm tra , mm Δr : mức hao hụt bán kính cốt thép do gỉ trên một năm, mm/năm r0 , rt : bán kính cốt thép ban đầu và ở thời điểm kiểm tra, mm tcorr : thời gian cốt thép bị gỉ, tính từ thời điểm bắt đầu gỉ (tin) đến thời điểm kiểm tra (T), năm tcorr = T − tin
30. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH - Do nhi ều nguyên nhân khác nhau nhi ều công trình xây dựng b ị hư hỏng xuống cấp dẫn đến không đảm bảo được tuổi thọ quy định - Bảo trì công trình xây d ựng là biện pháp c ơ bản đảmmb bảootu tuổiith thọ công trình xây dựng Hư hỏng, Bảo trì xuống cấp công trình Hao mòn (hữu hình và vô hình) Tuổi thọ công trình XD
31. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH - Bảo trì công trình xây d ựng là hoạt động nhằm đảmmb bảo công trình (kết cấu) xây dựng đảm bảo được chức năng hoạt động của nó trong suốt tuổi thọ thiết kế. -Bảo trì công trình xây dựng liên quan trực tiếp đến việc khảo sát đánh giá hiện trạng chất lượng công trình. - Công tác bảo trì công trình xây dựng ở nước ta hiện nay ???
32. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH - Trình t ự thựcchi hiệnbn bảo trì công trình : 1- Lập quy trình bảo trì công trình 2- Kiểm tra công trình ban đầu, thường xuyên, định kỳ, đột xuất 3- Quan trắc với các công trình có yêu cầu quan trắc 4- Bảo dưỡng công trình 5- Kiểm địnhhh chấttl lượng côôtìhkhing trình khi cần thiết 6- Sửa chữa công trình định kỳ và đột xuất 7- Lập và quản lý hồ sơ bảo trì công trình