Nguy cơ nứt bê tông do nhiệt thủy hóa
Tiêu chuẩn của các nước có những quan niệm khác nhau về bê tông khối lớn. Theo Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXDVN 305:2004, kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép được coi là bê tông khối lớn khi có kích thước lớn đủ để gây ra ứng suất kéo phát sinh do hiệu ứng nhiệt thủy hóa của xi măng vượt quá giới hạn kéo của bê tông, làm nứt bê tông và do đó cần có biện pháp phòng ngừa vết nứt.
Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam, kết cấu có cạnh nhỏ nhất và chiều cao lớn hơn 2m có thể được xem là khối lớn. Đối với kết cấu có dạng ngầm hoặc kết cấu có hình khối phức tạp thì kích thước khối lớn sẽ do người thiết kế xem xét quyết định.
TS Phan Hữu Duy Quốc khuyến nghị việc định lượng nguy cơ nứt dựa trên cơ sở sự tính toán của phần mềm máy tính như hình mô phỏng hoặc dùng các công thức thực nghiệm.
Theo TS Phan Hữu Duy Quốc – Phó Tổng Giám đốc Công ty Cổ phần Xây dựng Coteccons, đối với Nhật Bản, mọi kết cấu bê tông cốt thép có kích thước bất kỳ nhưng có nguy cơ có nhiệt độ cao trong khối bê tông do nhiệt thủy hóa và biến dạng thể tích do nhiệt bị cản trở gây ra nguy cơ nứt. Theo kinh nghiệm tại Nhật, sàn có độ dày trên 80cm, tường có độ dày trên 60cm là đã có nguy cơ nứt do nhiệt thủy hóa.
Tại Mỹ, theo ACI 207.1R, bất kỳ khối lượng bê tông nào có kích thước đủ lớn để yêu cầu phải thực hiện các biện pháp đối phó với sự sinh nhiệt từ quá trình thủy hóa xi măng và sự thay đổi thể tích của chất phụ gia để giảm thiểu nứt. Theo ACI 301, nhiệt độ tối đa của bê tông khối lớn sau khi đổ không được vượt quá 160 độ F (70 độ C) và chênh lệch nhiệt độ giữa tâm và bề mặt của vị trí không được vượt quá 35 độ F (19 độ C).
Theo TS Phan Hữu Duy Quốc, không thể hoàn toàn loại trừ nguy cơ nứt mà chỉ có thể làm giảm thiểu nguy cơ nứt và điều quan trọng là nhìn ra nguy cơ nứt do nhiệt thủy hóa để định lượng nguy cơ nứt và có giải pháp phù hợp. Trong đó, để định lượng được các nguy cơ nứt nên sử dụng các biện pháp tính toán. Ở thị trường Việt Nam, một số cá nhân thuộc các đơn vị như Đại học Giao thông, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, một số đơn vị tư vấn đã định lượng được nguy cơ nứt, nên có tính toán cụ thể nguy cơ nứt.
“Đối với mọi giải pháp, nên tìm cách định lượng giải pháp, đừng nghĩ rằng làm thế này nó sẽ ổn, ổn ở mức độ nào đều phải có định lượng và ngay cả khi có định lượng thì rủi ro vẫn còn” – TS Phan Hữu Duy Quốc nhấn mạnh.
Giải pháp giảm thiểu nứt bê tông khối lớn
TS Phan Hữu Duy Quốc đưa ra một số giải pháp cụ thể về vật liệu như: Sử dụng xi măng đã để nguội; sử dụng nước lạnh (dùng chiller, hay nước đá); sử dụng xi măng ít tỏa nhiệt (hoặc trộn phụ gia khoáng); làm mát cốt liệu (tưới nước, che phủ); sử dụng cốt liệu ít co giản nhiệt (nếu có thể chọn); dùng khí lạnh hay Ni tơ lỏng để làm lạnh bê tông.
Giải pháp về thi công như: Đổ bê tông ban đêm, tránh mùa hè nếu có thể; chia nhỏ, chia mỏng khối đổ bê tông; bao phủ xe bồn bằng vật liệu cách nhiệt; bao phủ ống dẫn bê tông khi bơm xa; giảm cản trở bên ngoài (ví dụ như trải tấm lót hay rải cát trên nền đá); giải nhiệt trong khối bê tông bằng nước lạnh; dưỡng hộ bảo ôn đúng mực và tháo ra vào thời điểm phù hợp.
Các giải pháp khác như: Sử dụng phụ gia trương nở (để bù co ngót nhiệt); định hướng vết nứt bằng mối nối làm giảm tiết diện bê tông; tăng cốt thép để giảm bề rộng vết nứt (phân tán vết nứt); sử dụng băng sợi thủy tinh để phân tán ứng suất (thay vai trò thép).
TS Trịnh Quốc Tuấn – Công ty Cổ phần FECON cho biết, sau khi áp dụng các giải pháp như trên thì 90% các trường hợp không xảy ra nứt (các vết nứt lớn, nghiêm trọng không còn).
Ảnh: Giảng viên Trần Văn Miền (Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh).
Theo PGS. TS Trần Văn Miền – Giảng viên Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, việc áp dụng tổng hợp các giải pháp chống nứt như phủ nhiệt kín, giảm nhiệt độ hỗn hợp bê tông trước khi đổ cấp phối, dùng hệ thống ống tỏa nhiệt, mang lại hiệu quả rất cao vì mang tính khoa học và đã được ông thực hiện thành công trong tất cả các dự án. Những dự án do ông thực hiện cùng Công ty Cổ phần Xây dựng Coteccons đều không nứt, trong đó chủ yếu làm hệ thống tỏa nhiệt. Bên cạnh đó, đã có 108 móng điện gió do ông thực hiện cũng không có cái nào nứt.
Cách nào khắc phục nứt bê tông móng điện gió
Vậy khi bê tông của móng điện gió đã nứt thì có cách nào để khắc phục (nứt do bị động), các chuyên gia cho rằng, chỉ có cách bơm vữa vào chứ đập đi thì rất tốn kém bởi móng điện gió chỉ yêu cầu có độ bền 20-25 năm chứ không phải là công trình yêu cầu có độ tuổi cả trăm năm.
TS Trịnh Quốc Tuấn cho biết, bơm vữa vào làm giảm các yếu tố xâm hại từ môi trường bên ngoài vào trong bê tông, làm giảm mối lo về độ bền lâu dài của công trình.
Tuy nhiên, trong trường hợp chủ đầu tư nói cứ để cho bê tông nứt sau đó bơm vữa chèn vào cũng được (nứt do chủ động) thì lại đặt ra bài toán cân đối về mặt kinh tế với kỹ thuật.
Theo PGS. TS Trần Văn Miền, để bê tông nứt rồi sau đó bơm vữa chèn vào là cách làm tiết kiệm, còn về mặt khoa học thì không phải là cách làm đúng. Bởi thực ra đây là bài toán cân đối giữa mặt kinh tế với mặt kỹ thuật, kỹ thuật thì phải mang tính khoa học, còn kinh tế mang về lợi ích cho các bên. Với vai trò của chủ đầu tư là người quyết định và cân nhắc lựa chọn giải pháp cho phù hợp sau khi đã cân nhắc, lựa chọn trong nhiều giải pháp mà tư vấn đưa ra thì cái nào đạt mục tiêu về mặt kinh tế, kỹ thuật sẽ áp dụng.
“Tôi làm dự án điện gió với chủ đầu tư là Công ty CP đầu tư Xây dựng và Thương mại Phú Điền, họ yêu cầu rất khắt khe về mặt kỹ thuật để đảm bảo chất lượng công trình, thiết kế của tôi đưa ra max là 70 độ C nhưng chủ đầu tư yêu cầu khống chế ở mức 65 độ C. Như vậy, mặc dù là chủ đầu tư nhưng Phú Điền sẵn sàng chi tiền để đảm bảo công trình đạt yêu cầu kỹ thuật cao nhất” – PGS. TS Trần Văn Miền chia sẻ.
TS Phan Hữu Duy Quốc đánh giá, việc trám, vá các vết nứt của bê tông khối lớn không hoàn toàn đưa bê tông về trạng thái ban đầu bởi tính toàn khối của bê tông đã mất đi; vẫn còn những kẽ hở khi không thể đảm bảo được việc bơm trám là mang tính an toàn, tuyệt đối và bơm đầy đủ đến các tiết diện của các vết nứt.
Bên cạnh đó, trong một số trường hợp, khi ứng xuất nhiệt lớn quá thì thanh thép có thể bị kéo rơi vào trạng thái chảy dẻo.
Như vậy, thứ nhất là khái niệm về độ bền, thứ hai là về mặt kết cấu tính toàn khối và thứ ba là nguy cơ thép bị kéo dạng chảy dẻo trong quá trình nứt bê tông khối lớn là có. Vì vậy, phải hoàn toàn kiểm soát vết nứt do nhiệt và có biện pháp làm giảm thiểu nguy cơ.