Vật liệu xây dựng mới cho công trình hiện đại, Phan 1

Bài viết Vật liệu xây dựng mới cho các công trình hiện đại được dịch ra từ nguyên bản:

New Construction Materials for Modern Projects

Mọi sai sót về mặt khoa học mong các bạn thông cảm và nghiên cứu kĩ hơn về từ ngữ chuyên ngành xây dựng cụ thể theo đường link gốc trên.

S.A. Reddi, Deputy Managing Director (Retd), Gammon India Ltd.

Đất nước Ấn Độ đang chứng kiến sự phát triển nhanh chóng của công nghệ xây dựng từ những dự án xây dựng rất hấp dẫn, bất kể từ khía cạnh ngành nào, bao gồm từ hạ tầng, kết cấu nhà cao tầng các công trình ngầm, kể cả các khu phức hợp văn phòng, căn hộ, tòa nhà thương mại có chiều cao lên đến 320m, các ống khói bằng bê tông cao chọc trời cho các nhà máy điện có thể cao đến 275m. Phần lớn các kết cấu trên sử dụng kết cấu bê tông cốt thép. Các nhu cầu chức năng của các kết cấu nhà cao tầng yêu cầu về sự bền vững lâu dài của vật liệu sử dụng trong công trình. Bê tông cường độ cao, bê tông tự đầm chặt đang ngày càng được sử dụng rộng rãi và được chấp thuận bởi những đơn vị tư vấn giám sát khó tính nhất. Bên cạnh các loại vật liệu chủ yếu và cơ bản được sử dụng trong công trình, các dự án tòa nhà hiện đại đòi hỏi rất nhiều loại vật liệu đi kèm theo cho các mục đích sử dụng khác nhau như là hóa chất, vật liệu chống thấm, các loại vật liệu gia cường, tương hỗ. Bài viết dưới đây nhấn mạnh một số sự phát triển trong các loại vật liệu được đề cập ở trên.

Bê tông có độ bền cao:

Các lý thuyết về thiết kế bê tông và phương pháp ứng dụng thực tế vào hiện trường ngày nay đã có những cải tiến đáng kể về cường độ bê tông. Cường độ bê tông hiện nay có thể lên đến M80 và đã được sử dụng trong các công trình xây dựng nhà cao tầng. Tuy nhiên, do sự leo thang về giá thành trong việc sửa chữa và thay thế sau này cũng như mức độ khó khăn phức tạp khi công trình đã hoàn thiện và đi vào sử dụng, nhiều sự chú ý đến cường độ và độ bền của loại vật liệu trên. Có những lý do bắt buộc tại sao vấn đề về bê tông trong công trình xây dựng liên quan đến độ bền và phụ gia tăng cường cường độ cho bê tông.

Một lượng lớn cầu vượt đường và một số con đường trên cao kéo dài đến 20km đang được xây dựng trên các phần của đất nước và liên quan đến việc chi xài một khoản tiền công khổng lồ. Tuy nhiên, cường độ bê tông và độ bền của bê tông đang còn là vấn đề nghi ngờ. Rất nhiều kết cấu được xây dựng trong khoảng 1970 đang phải gánh chịu một sự suy thoái về chất lượng rất sớm. Các sàn cầu bê tông được xây dựng trong khoảng thời gian này đang phải chịu sự sửa chữa và cải tạo kéo dài làm tiêu tốn rất nhiều so với chi phí ban đầu bỏ ra của dự án. Nhiều khu nhà liên kế ở vùng thành thị đòi hỏi phải sửa chữa lớn sau mỗi 20 năm liên quan đến các vấn đề phun bê tông hoặc bắn bê tông vào kết cấu hư hỏng. v.v.

Trong một cái nhìn toàn diện về độ bền của bê tông, trong bối cảnh hiện nay, khi mà trên thị trường có bán rất nhiều loại phụ gia làm gia tăng độ bền của công trình. Bên cạnh các loại vật liệu, quá trình thi công cũng cũng phải trải qua nhiều sự thay đổi với mục tiêu chung là làm gia tăng độ bền của kết cấu công trình hoàn thiện.

Bê tông chất lượng cao.

Ở Mỹ, nhằm mục đích chống lại việc mở rộng vết nứt ở các sàn bê tông cầu, quá trình xây dựng thiên về việc sử dụng bê tông chất lượng cao High Performance Concrete (HPC). Bốn loại bê tông chất lượng cao đã và đang được phát triển:

Very High Early Strength Concrete – 17.5 mPa in 6 hours

Bê tông đông kết cực nhanh, có thể đạt cường độ đến 17.5mPa trong vòng 6 giờ đầu tiên.

High Early Strength Concrete – 42.5 mPa in 24 hours

Bê tông đông kết nhanh, có thể đạt 42.5 MPa trong vòng 24 giờ đầu.

A Very High Strength – 86 mPa in 28 days

Bê tông cường độ rất cao.

High Early Strength with Fiber Reinforcement

Bê tông cường độ tạo cường độ sớm với cốt thép sợi.

Bê tông chất lượng cao đã được giới thiệu tại Ấn Độ đầu tiên nhằm sửa chữa các công trình bê tông dự ứng lực trước của các mái vòm tại nhà máy điện Hạt nhân Kaiga, tiếp theo sau đó là một phần của lò phản ứng tại Tarapur và Rajasthan. Sau đó, một số lượng lớn cầu đường và cầu vượt đã giới thiệu sản phẩm Bê tông chất lượng cao có thể lên đến cường độ M75 (75MPa) ở các địa phương khác nhau của Ấn Độ.

Bê tông tự đầm- Self–compacting Concrete (SCC)

Bê tông tự đầm được phát triển đầu tiên bởi các chuyên gia và kĩ sư người Nhật như là một thước đo đảm bảo chất lượng (as a Quality Assurance measure), Nhưng hiện nay nó được sử dụng rộng rãi trong các kết cấu bê tông cốt thép tại nhà máy điện hạt nhân Kaiga. Rất nhiều thành phần của kết cấu có số lượng cốt thép đan xen vào nhau dày đặc và sát nhau, hơn nữa lại ở những vị trí rất khó có thể sử dụng đầm bê tông, và các kĩ sư tại công trường đã phát hiện ra vấn đề đó rất khó khăn trong việc đầm bê tông theo cách thông thường do đó làm phát triển hiện tượng bê tông tổ ong hoặc rỗ bề mặt, ảnh hưởng đến cường độ bê tông. SSC bê tông tự đầm đã được sử dụng rất thành công trong những trường hợp như thế.

Bê tông tự đầm rời khỏi trạm trộn trong dạng dung dịch sệt và nó được đổ vào ván khuôn mà không hề sử dụng đầm bê tông. Do tính linh động của hỗn hợp dung dịch, bê tông tự đầm có thể tự chảy vào những vị trí nằm sâu kín trong cốp pha hoặc những khe nhỏ của kết cấu thép nằm trong bê tông và sau đó là quá trình tự đầm của bê tông. Bê tông tự đầm đặc biệt được sử dụng trong các kết cấu có hàm lượng cốt thép rất lớn, ít khoảng hở. Tính linh động này của bê tông được nhận ra khi chỉnh sửa cấp phối của các cốt liệu thông thường. Ngoài việc sử dụng xi măng, các cốt liệu thô và cốt liệu mịn, nước, special new generation polymer based admixtures được sử dụng để nhằm tăng sự linh động của bê tông mà không cần thêm nước vì thêm nước sẽ ảnh hưởng nhiều đến cường độ bê tông.

Cũng vì tính quá linh động của bê tông, các phương pháp truyền thống trong việc kiểm tra độ sụt của bê tông không sử dụng được ở đây. Độ linh động nhiều đến nỗi bất cứ mẻ thí nghiệm nào sau khi rút côn ra khỏi thì ngay lập tức bê tông tràn đều ra nền. Đường kính của mẻ thí nghiệm bê tông tràn ra được tính toán như là khả năng linh động của bê tông tự đầm. Điều này được gọi là Độ sụt chảy (Slump Flow) và thông thường trong phạm vi từ 600 đến 800mm đường kính.

Bên cạnh việc sử dụng các loại hóa chất phụ gia hóa học thêm vào cường độ của bê tông, sự kết hợp của các loại cốt liệu sử dụng trong bê tông tự đầm cũng trải qua những sự thay đổi đáng kể. Bê tông tự đầm đòi hỏi các loại cốt liệu mịn hơn và việc bắt buộc phải sử dụng một loại phụ gia khoáng chất: Tro bay, một loại hạt của xỉ lò cao (GGBFS) tiếng Anh gọi là: fly ash, ground granulated blast furnace slag (GGBFS), hơi silica, metakaolin và tro trấu.v.v. Tro bay là một nguồn nguyên liệu dồi dào vì nó là sản phẩm thải ra của các nhà máy nhiệt điện và Chính phủ thì khuyến khích sử dụng tro bay và họ yêu cầu các nhà máy nhiệt điện cung cấp miễn phí. Tro bay xỉ lò cao còn là sản phẩm phụ của các nhà máy sản xuất thép. Trong quá trình sản xuất thép, Thép nóng chảy được đổ ra khuôn và chảy ra trong các khuôn đúc đặc biệt, để lại các tạp chất ở trên bề mặt dòng chảy. Các vật liệu thải ra trở nên nhẹ hơn di chuyển lên phía trên và được dẫn hướng ra khỏi thép thành phẩm.

Xỉ được chuyển hướng và làm nguội lại thành các hột rất nhỏ. Các hột này được nghiền và được nghiền thành hạt rất nhỏ, kích cỡ còn nhỏ hơn hạt xi măng. Sản phẩm này được bán ngoài thị trường với bao đóng gói 50kg và rất có giá trị kinh tế ở các vùng xung quanh nhà máy thép với các lò luyện sắt. Ở các vùng khác, chi phí vận chuyển khối lớn của loại vật liệu này được tính vào nhưng việc sử dụng nó rất hợp lý vì sự đóng góp của nó vào độ bền chắc của cấu kiện bê tông. Những cấu kiện bê tông ở Bandra và Nhà máy xử lý nước thải Worli ở Mumbai, các nhà thầu chính người Đức đã yêu cầu bắt buộc phải sử dụng Tro bay xỉ lò cao cho bê tông mác 40 MPa nhằm tăng độ bền chắc của kết cấu bê tông. Tro bay xỉ lò cao được vận chuyển từ Vizag, một vùng phía đông của Ấn Độ, cho dù chi phí vận chuyển cao. Kể từ đó, tro bay xỉ lò cao được sử dụng rộng rãi trong khắp Ấn Độ nhằm đảm bảo độ bền vững của bê tông.

Các bạn đón đọc phần tiếp theo của Vật liệu xây dụng mời cho công trình hiện đại, phần tiếp theo là: Việc sử dụng các loại phụ gia khoáng chất.