Bệnh học và sửa chữa công trình

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. Nguyễn Hoàng Giang – Email: giangnhxd@gmail.com 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 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 tắc khảo sát đánh giá tình trạng hư hỏng ắ ổ - , của công trình - N m được các nguyên nhân gây hư hỏng, làm giảm tu i thọ công trình - Nắm được các phương pháp sửa chữa , gia cường kết cấu công trình 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 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 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 TỔNG QUAN VỀ BỆNH VÀ TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH PHẦN I 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 SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN VÒNG ĐỜI CỦA MỘT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Nhu cầu thị trường Xử lý công trình Sửa chữa, bảo dưỡng Thiết kế Thi công Đưa vào xây dựngsử dụng ‰ L ật â d 2003 đị h á h t độ â d là á ô iệu x y ựng quy n c c oạ ng x y ựng c c c ng v c từ khi có chủ trương đầu tư đến hết tuổi thọ của công trình SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN VÒNG ĐỜI CỦA MỘT SẢN PHẨM XÂY DỰNG ‰ Mỗi sản phẩm (công trình) 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 chức năng sử dụng trong suốt thời gian đó ‰ Vì nhiều yếu tố tác động khác nhau, chất lượng (độ bền vững) của công trình xây dựng suy giảm theo thời gian sử dụng ‰ Bảo dưỡng,sửa chữa công 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 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 nguồn tác động khác nhau: ƒ Tác động cơ học ( tĩnh tải , hoạt tải, tải trọng bất thường.) ƒ Tác động của các yếu tố môi trường ( nhiệt độ, độ ẩm) Đâ là á ồ â ê bệ h h iả khả ăy c c ngu n g y n n « n « ay sự suy g m n ng làm việc, chất lượng của công trình xây dựng 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 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 SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH ƒ Tác động của các yếu tố môi trường : thường không được 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 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Ban ®Çu Söa ch÷a c c « n g t r × n h Tèi thiÓu n g l µ m v i Ö c ề n v ữ n g c ñ a c Tuæi thä c«ng tr×nh K h ¶ n ¨ n Đ ộ b ề Thêi gian CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Độ bền vững của công trình được hiểu là khả năng chịu lực ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG - , 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. ể ể ềSự hư hỏng công trình có th hi u là sự suy giảm độ b n vững của công trình và cũng là một hàm của thời gian CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Độ bền vững cũng như hư hỏng của công trình thường được ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG - 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 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Độ bền vững của một công trình xây dựng là tổng thể của rất nhiều ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG các yếu tố tác động khác nhau : ề ế ế ế Độ b n vững của công trình xây dựng Thi t k • Giải pháp • Cấu tạo Vật liệu • Bê tông • Cốt thép Thi công • Biện pháp • Trình độ Ch độ bảo trì Do các yếu tố khách quan và chủ quan, độ bền vững của công trình iả th thời i đế ột ứ độ iới h Giới h à ó thểsuy g m eo g an n m m c g ạn. ạn n y c hiểu chính là tuổi thọ của công trình. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH Tuổi thọ công trình là khoảng thời gian mà công trình làm việc 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 giới hạn về sử dụng An toàn quy định : liên quan đến độ tin cậy quy định Độ tin cậy . 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 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH Tuổi thọ ( năm) Dạng kết cấu, công trình 10 Kết cấu tạm thời 25 Các bộ phận kết cấu có thể thay thế 25 Kết cấu công trình nông nghiệp 50 Nhà và các kết cấu thông dụng 100 Công trình có ý nghĩa văn hóa; cầu và Quy định về Tuổi thọ của công trình xây dựng theo tiêu chuẩn những công trình xây dựng NF EN 1990 (CH Pháp) 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 dự báo tốc độ ăn mòn cốt thép - Tốc độ ăn mòn cốt thép phụ thuộc vào điều kiện môi trường làm việc + chất lượng lớp bê tông bảo vệ. - Xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn cốt thép và xem như “chỉ tiêu độ bền “ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Các bước tiến hành điều tra bệnh công trình 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 : Các chỉ tiêu về độ bền Đầu 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 Kiểm tra các quy luật Đo đạc các chỉ tiêu độ bền theo ột ố h kỳ á trong mô hìnhm s c u x c định trên công trình Đầu ra Dự báo tuổi thọ công trình CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Đo đạc tốc độ xâm nhập CO2 trong kết cấu bê tông Đo đạc tốc độ xâm nhập Clorua trong kết cấu bê tông 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 tiết diện cốt Tốc độ suy thoái là sự phát triển chiều thép tối thiểu. sâu cácbonát hóa trong bê tông. Mức giới hạn là chiều sâu các bo nát hóa ầ ố Mô tả các giai đoạn ăn mòn cốt thép do CO2 g n đạt tới vị trí c t thép 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 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 : intkx = ề intxk /= x : chi u sâu lớp bê tông bị cácbonat hóa , mm k : hệ số phản ánh tốc độ cácbonat hóa , mm/(năm)0,5 tin : thời gian bê tông chịu tác động xâm thực của khí CO2 , năm 2 max, 10 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= k Ctin tin,max, : thời gian kết cấu bê tông tồn tại cho đến khi bắt đầu bị gỉ cốt thép , năm ềC : chi u dày lớp bảo vệ bê tông, mm 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 ⎟⎞⎜⎛ t t F F 100.1 0 ⎟⎠⎜⎝ − =Δ corr t t rrr −= 0Δhoặc ΔF : tỷ lệ suy giảm tiết diện cốt thép trên một năm , %/năm corr F0 Ft : diện tích cốt thép ban đầu và ở thời điểm kiểm tra mm2 ố ầ ể ể , , Δr : mức hao hụt bán kính cốt thép do gỉ trên một năm, mm/năm r0 , rt : bán kính c t thép ban đ u và ở thời đi m ki m tra, mm tcorr : thời gian cốt thép bị gỉ, tính từ thời điểm bắt đầu gỉ (tin) đến thời điểm kiểm tra (T), năm incorr tTt −= CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH - Do nhiều nguyên nhân khác nhau nhiều công trình xây dựng bị hư hỏng xuống cấp dẫn đến không đảm bảo được tuổi thọ quy định Bảo trì công trình xây dựng là biện pháp cơ bản đảm bảo tuổi thọ- công trình xây dựng H hỏư ng, xuống cấp Bảo trì công trình ổ Hao mòn (hữu hình và Tu i thọ công trình XD vô hình) CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH - Bảo trì công trình xây dựng là hoạt động nhằm đảm 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 ??? CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH - Trình tự thực hiện bảo trì công trình : 1- Lập quy trình bảo trì công trình ể ầ2- Ki m tra công trình ban đ u, thường xuyên, định kỳ, đột xuất 3- Quan trắc với các công trình có yêu cầu quan trắc 4- Bảo dưỡng công trình 5 Kiể đị h hất l ô t ì h khi ầ thiết- m n c ượng c ng r n c n 6- Sửa chữa công trình định kỳ và đột xuất 7- Lập và quản lý hồ sơ bảo trì công trình