Tính toán hệ thống dàn ống giải nhiệt trong thi công bê tông khối lớn áp dụng với đài móng công trình Vietinbank Tower

Chia sẻ: ViPutrajaya2711 ViPutrajaya2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

85
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này giới thiệu về cách tính toán hệ thống ống giải nhiệt, ví dụ áp dụng cho một đài móng công trình được thi công trong điều kiện Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tính toán hệ thống dàn ống giải nhiệt trong thi công bê tông khối lớn áp dụng với đài móng công trình Vietinbank Tower

Tính toán hệ thống dàn ống giải nhiệt trong thi công bê tông khối lớn áp dụng với đài móng công trình Vietinbank Tower Calculation of the cooling pipe system in mass concrete construction applied to Vietinbank Tower Nguyễn Văn Đức, Trương Kỳ Khôi Tóm tắt 1. Đặt vấn đề Biện pháp giảm ứng suất nhiệt trong thi Hiện nay, khi quy mô công trình ngày càng lớn hơn, các công trình xây dựng nói chung và dân dụng nói riêng thi công bê tông khối lớn như đài móng của nhà công kết cấu bê tông khối lớn có ý nghĩa hết siêu cao tầng rất phổ biến, đặc biệt là tại các thành phố lớn như Hà Nội, TP. Hồ sức quan trọng. Một trong các biện pháp Chí Minh,… thường được áp dụng khi thi công những kết cấu có khối tích lớn như đài móng nhà siêu Thực tế khảo sát, các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép kích thước lớn cao tầng đó là sử dụng hệ thống dàn ống thường bị nứt mạch, thậm chí nứt sâu, nứt xuyên trong thời gian đầu bê tông đông cứng. Nhiều vết nứt được phát hiện sau khi tháo dỡ cốp pha. Các kết cấu này giải nhiệt cho khối bê tông. Bài báo này giới thường được thiết kế với bê tông cường độ cao, và được thi công trong điều kiện thiệu về cách tính toán hệ thống ống giải mùa hè nắng nóng tại Hà Nội hoặc mùa khô tại TP. Hồ Chí Minh. Việc kiểm soát nhiệt, ví dụ áp dụng cho một đài móng công và hạn chế các vết nứt do ứng suất nhiệt phát sinh trong quá trình đông kết của trình được thi công trong điều kiện Việt Nam. bê tông là phức tạp, đòi hỏi các kỹ sư tham gia phải có kinh nghiệm, đưa ra các Từ khóa: Công nghệ xây dựng, bê tông khối lớn, hệ giải pháp ngay từ khâu thiết kế, lựa chọn vật liệu và thi công. thống dàn ống giải nhiệt Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán hệ thống dàn ống giải nhiệt cho khối đổ bê tông khối lớn là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn. Abstract 2. Khái niệm bê tông khối lớn, điều kiện gây nứt trong điều kiện khí hậu The method of reducing the thermal stress in Việt Nam construction of mass concrete is significantly a) Khái niệm important. One of commonly used methods in Theo TCVN 9341:2012, Kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép được coi là construction of massive foundations of skyscrapers khối lớn khi có kích thước đủ để gây ra ứng suất kéo, phát sinh do hiệu ứng nhiệt is the use of cooling pipe systems for concrete thuỷ hoá của xi măng, vượt quá giới hạn kéo của bê tông, làm nứt bê tông, và do blocks. This paper introduces how to calculate đó cần phải có biện pháp để phòng ngừa vết nứt. the cooling pipe system and give an example Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam kết cấu có cạnh nhỏ nhất (a) và for a foundation constructed under Vietnamese chiều cao (h) lớn hơn 2m có thể được xem là khối lớn. conditions. Đối với các kết cấu có dạng ngàm hoặc kết cấu có hình khối phức tạp thì kích Key words: Construction technology, mass concrete, thước khối lớn sẽ do người thiết kế xem xét quyết định. cooling pipe system b) Điều kiện gây nứt bê tông khối lớn trong điều kiện khí hậu Việt Nam Theo [5], điều kiện để gây nứt bê tông khối lớn là: ∆T ≥ 200C – Điều kiện cần; MT ≥ 500C/m – Điều kiện đủ; Trong đó: ∆T: Độ chênh nhiệt độ giữa 2 điểm trong khối bê tông, (0C); MT: Mô đun chênh nhiệt độ (Gradient nhiệt độ), là độ chênh nhiệt độ giữa 2 điểm của khối bê tông cách nhau 1m, (0C/m); 3. Tính toán hệ thống dàn ống giải nhiệt trong thi công bê tông khối lớn công trình Viettinbank Tower 3.1. Tiêu chuẩn áp dụng - CIRIA C660: Early- age thermal crack control in concrete; TS. Nguyễn Văn Đức, ThS. Trương Kỳ Khôi - ACI 207.2R-07: Effect of Restraint, Volume Change, and Reinforcement on Khoa Xây dựng Cracking of Mass Concrete; Email: nguyenduc.0680@gmail.com - ACI 207.4R-05: Cooling and Insulating Systems for Mass Concrete; truongkhoi.dhkt@gmail.com - Computer & Structures (Jin Keun Kim, Kook Han Ki, Joo Kyoung Yang), Thermal analysis of hydration heat in concrete structures with pipe –cooling system; Ngày nhận bài: 3/12/2018 3.2. Các bước tính toán, áp dụng cho đài móng công trình Vietinbank Tower Ngày sửa bài: 20/302019 Ngày duyệt đăng: 8/01/2020 Dự án Vietinbank Tower (Hà Nội) có hai khối móng lớn nằm dưới tòa nhà Văn phòng và tòa nhà Khách sạn. Khối móng nằm dưới tòa nhà Văn phòng cao 7m S¬ 37 - 2020 33
KHOA H“C & C«NG NGHª Hình 1. Mặt cắt đài móng nhà Văn phòng và dưới tòa nhà Khách sạn cao 5.5m. Khối lượng bê tông Việc tính toán dự đoán nhiệt độ tăng và chênh lệch nhiệt đài móng khu nhà Văn phòng khoảng gần 20.000 m3. Đổ độ trong khối đổ được dựa trên phương pháp đường đoạn bê tông đài móng khối lớn nhà Văn phòng bằng phương án nhiệt của bê tông, đồng thời có xét đến ảnh hưởng của các chia thành nhiều đợt đổ theo phương ngang có sử dụng hệ thành phần khác như phụ gia tro bay, xỉ lò cao, tốc độ gió, thống ống giải nhiệt. Đợt 1: 1150mm, Đợt 2: 3350mm, Đợt nhiệt độ môi trường, nhiệt độ lúc đổ. Chi tiết tính toán thể 3: 2500mm. Dưới đây trình bày tính toán và kiểm soát nhiệt hiện trong CIRIA C660 – Phụ lục A2. [1] độ cho bê tông móng nhà Văn phòng cho 2 khối đổ 3350mm Tính toán trường nhiệt trong khối đổ bê tông được thực và 2500mm. hiện theo phương pháp số, chia khối đổ thành n phần bằng 3.2.1. Thông số dùng trong tính toán kiểm tra dàn ống giải nhau dọc theo tiết diện, trên mỗi phần, tính toán nhiệt độ phát nhiệt của công trình triển theo thời gian dựa vào dữ liệu đường đoạn nhiệt. a. Các đặc trưng vật liệu của bê tông Sau đó, xác định nhiệt độ lớn nhất tại tâm và nhiệt độ ở • Khối lượng thể tích: γb = 2500 Kg/m3 hai bề mặt khối đổ, chênh lệch giữa nhiệt độ tại tâm và hai bề mặt chính là chênh lệch nhiệt độ lớn nhất. Đồng thời, dựa • Hàm lượng xi măng bao gồm tro bay và xỉ lò cao: 560 vào nhiệt độ tại các điểm dọc theo tiết diện, vẽ được trường Kg/m3 nhiệt độ ứng với thời điểm có Tmax và trường nhiệt ứng với • Nhiệt dung riêng của bê tông: 1 KJ/Kg0C thời điểm có ∆Tmax. • Hệ số dẫn nhiệt của bê tông: 2.52 W/m0C Kết quả Biểu đồ nhiệt độ Tmax và ∆Tmax cũng như Biểu đồ b. Các đặc trưng khối đổ trường nhiệt độ dọc theo tiết diện của khối đổ bê tông móng • Chiều dày khối đổ: Tính toán cho 2 trường hợp là có chiều cao 3.35m được thể hiện dưới đây. 3350mm và 2500mm. 3.2.3. Tính toán nhiệt độ bên trong khối đổ khi có hệ • Bề mặt thoát nhiệt: 5.2W/m2K thống ống giải nhiệt c. Điều kiện môi trường a. Xác định vùng ảnh hưởng của hệ thống ống giải nhiệt • Tốc độ gió: ≈4 m/s Diện tích vùng ảnh hưởng của ống giải nhiệt được xét là 1 hình vuông có diện tích Sh x Sv (m2). Quy thành đường tròn • Nhiệt độ bê tông đầu vào: Tính toán cho 3 trường hợp có diện tích tương đương với bán kính R: là 280C – 300C – 320C • Nhiệt độ môi trường, dựa vào dự báo thời tiết ở khu vực S S 0 0 = π R 2 S= S ⇒ R h v ( m) Hà Nội trong tháng 8: Nhiệt độ dao động từ 30 C -35 C, lấy ef h v ef 0 π (3.1) trung bình là 32.5 C d. Hệ thống ống giải nhiệt b. Tính toán ảnh hưởng của hệ thống ống giải nhiệt đến nhiệt độ khối đổ. Ống giải nhiệt dùng ống sắt có đường kính ngoài Dpipe = 33.5mm, chiều dày 2mm, khoảng cách ống theo phương Gọi ∆T (0C) là lượng nhiệt độ giảm được trong 1h do có ngang và đứng lần lượt là: Sh = 1m và Sv = 1m. hệ thống ống giải nhiệt. Nước chạy qua hệ thống ống giải nhiệt đã được làm lạnh Tổng lượng nhiệt cần hấp thụ để giảm được lượng nhiệt 0 bằng Chiller, lưu lượng bơm khoảng từ 4÷10 gal/min. Trong ∆T ( C) trong 1h là: 3 tính toán, lấy giá trị trung bình là 8 gal/min = 2.19 m /h. Khối Q = ∆T * Cc * γ c ( kCal / m3 ) (3.2) lượng thể tích của nước là ρw = 1000 (kg/m3), nhiệt dung 0 riêng của nước là cw = 1(kCal/kg C). Nhiệt độ nước đầu vào Trong đó: là 80C. Cc: nhiệt dung riêng của bê tông (kCal/kg0C); 3.2.2. Xác định nhiệt độ bên trong khối đổ khi không có γc: khối lượng thể tích của bê tông (kg/m3). hệ thống ống giải nhiệt Tính trong trường hợp nguy hiểm nhất ứng với đường 34 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
Hình 2. Đường đoạn nhiệt tăng theo thời gian Hình 3. Nhiệt độ tại tâm, bề mặt và chênh lệch nhiệt độ dự đoán Hình 4. Trường nhiệt độ dọc theo tiết diện ống dài nhất (trừ đi 2 đoạn ống theo phương đứng vì tại vị trí Qw: lưu lượng nước chạy qua ống giải nhiệt trong 1h (lấy này có đến 5 đường ống dẫn nhiệt): trung bình theo thiết kế) (m3/h); L = 92 – 2*6 = 80 (m) ρw: khối lượng thể tích của nước (kg /m3); Với bán kính ảnh hưởng của 1 ống giải nhiệt Ref, tính cw: nhiệt dung riêng của nước (kCal/kg 0C); được thể tích bê tông nằm trong vùng ảnh hưởng: Tw,out: là nhiệt độ của nước ở đầu ra của ống giải nhiệt * S ef L * π * ( R − R Vef L= = 2 2 ) (m ) (3.3) 3 (0C); ef pipe Tw,in: là nhiệt độ của nước ở đầu vào của ống giải nhiệt Nhiệt lượng cần giảm trong suốt chiều dài ống là: (0C); qsupply = Vef * Q (kCal) (3.4) qsupply Vef * Q Theo [4], ảnh hưởng của ống giải nhiệt đến việc làm lạnh Tw,out = − Tw,in = Qw * ρ w * cw Qw * ρ w * cw bê tông được tính theo công thức sau: qsupply = qout − qin = Qw * ρ w * cw * (Tw,out − Tw,in ) (kCal) (3.5) L * π * ( Ref2 − R pipe 2 ) * ∆T * Cc * γ c = Trong đó: Qw * ρ w * cw (3.6) qsupply: là lượng nhiệt cần hấp thu trên suốt chiều dài ống Như vậy, nhiệt độ nước bơm ở đầu vào hệ thống ống giải (kCal); S¬ 37 - 2020 35
KHOA H“C & C«NG NGHª Hình 5. Vùng ảnh hưởng hệ thống Hình 6. Vùng ảnh hưởng hệ thống ống giải nhiệt trong khối đổ 3350mm ống giải nhiệt trong khối đổ 2500mm Hình 7. Mô hình tính toán ảnh hưởng của ống giải nhiệt nhiệt phải được tính toán trừ thêm một lượng là (Tw,out - Tw,in) Q' * d để đảm bảo nhiệt độ nước đủ lạnh suốt toàn bộ chiều dài T1 − T2 = ống. K*A Theo Định luật Fourier về dẫn nhiệt, thì lượng nhiệt trao 2 2 ( Ref − R pipe ) * ∆T * Cc * γ c *( Ref − 0.5 D pipe ) đổi giữa hai bề mặt tiếp xúc trong 1h có thể tính theo công = thức: K * D pipe (0C) (3.8) K Vậy để đảm bảo ống giải nhiệt làm việc hiệu quả, nhiệt độ Q' = (T1 − T2 ) A (kCal) (3.7) nước đầu vào cần đạt: d Trong đó: Tw,in = Ttb − (T1 − T2 ) − (Tw,out − Tw,in ) = 80 C (3.9) d = Ref - Dpipe/2: khoảng cách từ vị trí xa nhất của vùng 2 (R − R 2 ) * ∆T * Cc * γ c *( Ref − 0.5 D pipe ) ef pipe ảnh hưởng đến mặt ngoài của ống giải nhiệt (m); ⇒ 80 C =Ttb − K * D pipe K: hệ số dẫn nhiệt của bê tông (kCal/h.m.0C); L * π *( R − R 2 2 ) * ∆T * Cc * γ c A=π*Dpipe *l= π *Dpipe*1: diện tích mặt ngoài của − ef pipe ống giải nhiệt được tính trong 1m dài, (m ); 2 Qw * ρ w * cw T1: nhiệt độ tại vị trí biên của vùng ảnh hưởng bởi ống giải nhiệt (0C); Ttb − 80 C ⇒ ∆T = T2: nhiệt độ nước trong ống giải nhiệt (0C);  Ref − 0.5 D pipe L *π  ( Ref2 − R pipe 2 ) * Cc * γ c *  −  Ta có:  K * D pipe Qw * ρ w * cw  ' Q = V 1m * Q = 1* π * ( R − R 2 2 ) * ∆T * Cc * γ c (3.10) ef ef pipe Trong đó: Ttb (0C): là nhiệt độ lớn nhất của bê tông tại vị là nhiệt lượng cần làm mát trong 1m dài của ống. trí vùng ảnh hưởng tại một thời điểm (h) kể từ sau khi đổ. Khi đó, nhiệt độ trong khối đổ giảm được do hệ thống ống Như vậy, với nhiệt độ nước đầu vào là 80C, tại một thời giải nhiệt là: điểm (h), bê tông đạt một nhiệt độ là Ttb thì ta tính được nhiệt 36 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
Hình 8. Trường nhiệt độ khối đổ khi không có hệ thống ống giải nhiệt Hình 9. Trường nhiệt độ khối đổ khi có và không có hệ thống ống giải nhiệt Hình 10. Sự chênh lệch nhiệt độ khi có và không có hệ thống giải nhiệt độ giảm được do ảnh hưởng của hệ thống ống giải nhiệt Nhiệt độ cực đại trong bê tông: Tmax= 710C sau 39 giờ (trong 1h) theo công thức trên. Độ chênh lệch nhiệt độ cực đại: ∆Tmax= 150C sau 67 giờ Việc tính toán được thực hiện ứng với từng vùng ảnh - Ở bảng kết quả dưới trình bày nhiệt độ Tmax và ∆Tmaxcho hưởng (tại mặt trên, mặt dưới và trung tâm khối đổ) để xác cả trường hợp khi không có ống giải nhiệt (để tham khảo) và định lượng nhiệt giảm đi do hệ thống ống giải nhiệt. khi có ống giải nhiệt. 3.2.4. Kết quả tính toán Bảng 3.1. Kết quả Tmax và ∆Tmax ứng với khối đổ có - Tính toán với 2 khối đổ có chiều cao lần lượt là 3350mm chiều cao 3350 mm và 2500mm. - Tính toán với 3 trường hợp nhiệt độ bê tông đầu vào lần Nhiệt độ Chưa có ống giải Có ống giải bê tông nhiệt nhiệt lượt là 280, 300, 320C Kết luận đầu vào Tmax ∆Tmax Tmax ∆Tmax a. Kết quả tính toán nhiệt độ với trường hợp không có hệ (0C) (0C) (0C) (0C) (0C) thống ống giải nhiệt. Nhiệt độ cực đại trong bê tông: Tmax= 930C sau 50 giờ 28 95 38 73 19 Đạt Độ chênh lệch nhiệt độ cực đại: ∆Tmax= 330C sau 70 giờ 30 96 39 74 19 Đạt b. Kết quả tính toán nhiệt độ với trường hợp có hệ thống 32 98 40 75 23 Không đạt ống giải nhiệt. (xem tiếp trang 44) S¬ 37 - 2020 37