Thông tin KHCN
 
Công nghệ bê tông trong điều kiện khí hậu nóng
5/17/18 10:00 AM

Năm 2010 tại Dubai (UAE), tòa tháp cao nhất thế giới Burj Khalifa đã được xây dựng với chiều cao toàn bộ 828m. Dự án do Văn phòng kiến trúc sư Mỹ nghiên cứu, và công ty xây dựng của Hàn Quốc thực hiện từ năm 2004 đến 2010. Theo báo cáo của công ty Hàn Quốc - một loại bê tông mác cường độ đặc biệt đã được nghiên cứu để xây Burj Khalifa, có thể chịu được nhiệt độ tới +50oC. Vữa bê tông chỉ được đổ vào ban đêm, và vữa được bổ sung thêm nước đá….Công trình được thi công trong 6 năm với 22 triệu giờ lao động. Hơn 30 nhà thầu địa phương và hơn 12 nghìn công nhân từ gần 100 nước trên thế giới đã tham gia làm việc tại công trường. Dự án thực sự rất vĩ đại về quy mô. 

Việc ứng dụng những thành tựu mới nhất của thế kỷ XXI trong công nghệ bê tông (phụ gia siêu hóa dẻo thế hệ mới nhất, băng trong vữa bê tông, kỹ thuật đổ bê tông ban đêm và chỉ hai lần trong mỗi tuần), thiết bị trộn, các bơm bê tông không phải luôn bảo đảm tốc độ thi công cần thiết cũng như chất lượng của bê tông.

Các nhà xây dựng trong nước có kinh nghiệm phong phú và toàn diện hơn khi thi công trong điều kiện khí hậu khô nóng, dưới sự bức xạ của mặt trời và các trận cuồng phong. Việc lựa chọn vật liệu, thiết kế và chọn cấp phối cho bất cứ loại bê tông nào đối với bất cứ điều kiện khí hậu nào trên thế giới (từ -50oC như ở Iakurt tới +55oC) và ở bất cứ độ ẩm nào, các phòng thí nghiệm Nga đều đã thực hiện suốt 60 năm qua, theo đúng các nguyên tắc trong “Chỉ đạo thiết kế và lựa chọn cấp phối cho bê tông thông thường và bê tông thủy công” (1957) với những quy định cơ bản nhất – đơn giản, khả năng tiếp cận, biện pháp tăng cường (trong 1-2 ngày), tính chính xác của kết quả.

Theo quy định, khí hậu khô nóng có nền nhiệt trên 25oC và độ ẩm tương ứng dưới 50%, thường đòi hỏi nhiều giải pháp bổ sung đặc biệt trong công nghệ bê tông.

Tại Các tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất (UAE), khí hậu nóng nhưng không khô, nhiệt độ +50oC song độ ẩm tương ứng của không khí ở ngưỡng 90%, do đó không thúc đẩy tốc độ khô của bê tông đóng rắn.

Ngược lại, tại Ekibastuz (Kazakhstan) ở nhiệt độ +55oC trong bóng râm, độ ẩm tương ứng chỉ 25-30% không khác gì một máy bơm đánh bay toàn bộ hơi ẩm khỏi bê tông đang kết cứng. Trong điều kiện khí hậu như vậy, bê tông đang kết cứng nếu không được bảo vệ sẽ vụn vỡ.

Trong giai đoạn từ 1977-1980 tại nhà máy điện Ekibastuz số 1, các ống khói có chiều cao 300m và 330m đã được xây dựng hoàn toàn bằng bê tông cốt thép với mác thiết kế M400 (B30), F300 và W8. Các thông số cơ bản của ống như sau: đường kính ngoài phần đáy 32m; đường kính ngoài thân trên 12m; bề dày thành ống dao động từ 0,8m phần đáy tới 0,3m phần trên. Khả năng chịu địa chấn tới 9 độ theo tính toán, do vậy các thanh cốt gia cường đường kính 38mm được sử dụng; vữa bê tông đổ với độ lưu động 24-26cm sụt hình nón tiêu chuẩn.

Năm 1985, tại nhà máy điện Ekibastuz số 2, một ống khói khác cao 420m đã được xây dựng, với đường kính đáy 44m, ở cao độ 420m đường kính ống khói là 14,2m.

Khác với các công trình tháp chọc trời để ở, các ống khói cần hoạt động bền bỉ và ít phải sửa chữa trong điều kiện môi trường xâm thực mạnh, chẳng hạn tác động của các chất ăn mòn của nhiều loại a xit khác nhau được phân tách từ các sản phẩm đốt cháy nhiên liệu trong nhà máy, do đó ống khói được xây cần có tính chống ăn mòn rất cao.

Khí hậu lục địa của Kazakhstan cũng ảnh hưởng thực sự tới công nghệ bê tông. Nhiệt độ trong mùa đông có thể tụt xuống tới -40oC với các trận gió bão có thể làm đổ cả tháp cẩu và các bức tường xây kiên cố; còn mùa hè nhiệt độ không khí có thể lên tới +55oC trong bóng râm với độ ẩm tương ứng 25-30%. Như vậy, trong vòng 1 ngày đêm, sự chênh lệch nhiệt độ có thể tới 30 - 40oC. Vào khoảng tháng 7 hàng năm vào 7h00 sáng – khi mọi người bắt đầu đổ ra đường đến nơi làm việc, nhiệt độ không khí khoảng 16-20oC; vào 12h00 trưa nhiệt độ đã ở khoảng 40oC, sau đó 3 giờ đồng hồ nữa có thể đạt ngưỡng 55oC.

Trong điều kiện không khí nóng khô, bê tông đang kết cứng sẽ chịu nhiều tác động có hại như bức xạ nhiệt của mặt trời, gió thổi bay hơi ẩm trong bê tông của công trình có bề mặt mở (thoáng). Điều này dẫn tới sự truyền nhiệt bên trong và ứng suất nhiệt biến đổi trong các bức tường hay thành vách của công trình. Việc cần tạo được loại vữa bê tông có độ lưu động cao sẽ làm gia tăng lượng xi măng cần tiêu hao, tăng nguy cơ co ngót do bức xạ nhiệt mặt trời thay đổi. Các vết nứt trong bê tông xuất hiện dưới tác động của sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất co ngót phát sinh trong bê tông trong quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất với môi trường xung quanh.

Sự bay hơi nhanh của khí ẩm sẽ giảm mức độ thủy hóa của xi măng, dẫn tới việc hình thành các mao mạch khiến vi cấu trúc của đá xi măng và bê tông yếu đi, giảm đáng kể chất lượng bê tông, khối lượng riêng, cường độ, tuổi thọ của bê tông. Việc hình thành các vệt nứt và suy giảm kết cấu bê tông theo chu vi công trình dưới tác động của bức xạ mặt trời sẽ kéo theo những thay đổi không thể sửa chữa trong bê tông. Do đó, cần bảo đảm giảm tốc độ bay hơi nhanh của khí ẩm từ bê tông, tạo mọi điều kiện cần thiết để thủy hóa hoàn toàn xi măng và hình thành cấu trúc tối ưu của đá xi măng và bê tông nhờ cân bằng độ ẩm và nhiệt độ theo mặt cắt ngang của các bức tường hay thành vách công trình. Điều này đạt được thông qua việc duy trì độ ẩm và giữ nhiệt cho bê tông.

Quá trình đổ bê tông các ống khói của nhà máy điện Ekibastuz diễn ra liên tục ngày đêm. Tại nhà máy số 1, ống khói số 1 được thi công trên ván khuôn trượt, ống khói số 2 – ván khuôn leo. Thực tế cho thấy: ngay cả trong những điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất, khi nhiệt độ đạt +55oC và độ ẩm không khí 30%, tốc độ nâng của ván khuôn trượt cũng đạt được 3-4m /ngày đêm, đối với ván khuôn leo là 1m/ngày đêm.

Trong các vữa bê tông, phụ gia PAV đơn giản nhưng an toàn và đáng tin cậy nhất được ứng dụng bảo đảm thu nhận vữa bê tông chảy (24-26m), đồng thời bê tông mác cao nhất theo thiết kế (M400, F300, W8). Việc kiểm tra trong điều kiện phòng thí nghiệm được tổ chức ngay lập tức trong điều kiện làm việc ngày đêm trên công trường.

Ứng dụng ván khuôn trượt cho những công trình lớn được thực hiện tại Liên Xô lần đầu tiên nhằm đẩy nhanh tiến độ và nâng cao chất lượng thi công xây dựng. Trong khi đó, theo tính toán, áp dụng ván khuôn leo cho công trình chiều cao 330m sẽ tương đương 330 rãnh hoạt động, trong đó bê tông thấm hơn và toàn bộ kết cấu sẽ không toàn khối. Tuy nhiên, sự vội vàng của những người đứng đầu khi yêu cầu khởi công vào tháng 4/1978, khi chưa có dự trữ vật liệu xây dựng với chất lượng cần thiết có thể dẫn tới thảm họa. Nhóm dự án (trong đó có tác giả bài báo này) đã quyết định nâng cao mác của bê tông so với thiết kế. Ngoài ra, ban quản lý không thể tiến hành kiểm tra trắc địa liên tục với thiết bị chiếu dọc PZL. Kết quả là ở tốc độ nâng 3- 4m/ngày đêm đã phát sinh sự sai lệch theo phương thẳng đứng tới 600mm. Kiểm tra bằng các thiết bị siêu âm cho thấy cường độ bê tông cao hơn so với thiết kế (M450 – M500), và do đó các nhà thiết kế đã chấp thuận chiều cao cuối cùng của ống khói số 1 bằng 300m, tức là việc tăng mác bê tông so với thiết kế ban đầu đã cứu ống khói số 1 của nhà máy điện Ekibastuz.

Để bảo vệ bê tông đang đóng rắn tránh bị khô, sau khi dỡ ván khuôn cần lập tức phủ một hỗn hợp polymer tan trong nước có thể bảo vệ bê tông rất tốt và bảo đảm sự thủy hóa hoàn toàn của xi măng tới khi bê tông đạt cường độ cần thiết theo theo thiết kế. Việc thí nghiệm các mẫu đã kiểm nghiệm của bê tông (các mẫu được bảo quản trong điều kiện của kết cấu) về cường độ nén đã khẳng định mác bê tông thiết kế của các công trình kỹ thuật.

Tỷ lệ chất phụ gia PAV trong vữa bê tông trong vòng một ngày đêm có biến đổi, liều lượng thay đổi tại các phòng thí nghiệm 3-4 lần trong ngày tùy vào sự thay đổi nhiệt độ không khí , qua đó bảo đảm chất lượng ổn định và độ lưu động của vữa bê tông khi đổ vào ván khuôn có tính đến lượng thất thoát tại từng thời điểm thực tế.

Như vậy, lớp phủ bảo vệ nhiệt được áp dụng một cách hiệu quả nhằm cân bằng nhiệt độ theo toàn bộ mặt cắt ngang của công trình.

Nhà máy điện Ekibastuz số 1 và số 2 hoạt động liên tục đã 40 năm nay, sản xuất điện cho toàn Kazakhstan – đó là minh chứng sinh động cho tuổi thọ của bê tông và độ tin cậy của các công trình ống khói do các kỹ sư xây dựng Liên Xô thực hiện.

Kinh nghiệm thi công liên tục ngày đêm tại Kazakhstan với những điều kiện rất hà khắc – nhiệt độ ngoài trời cao, độ ẩm thấp cho thấy sự cần thiết thực hiện nghiêm ngặt mọi yêu cầu trong khâu chuẩn bị, chế tạo vữa bê tông và phương thức để bê tông đóng rắn, kiểm tra đo đạc nhằm bảo đảm tuổi thọ lâu dài cho các công trình.

Kết quả ứng dụng các công nghệ bê tông trong nước và các vật liệu xây dựng trong nước là hiệu quả kinh tế đạt được rất lớn. Cần lưu ý thêm một điều: các công trình cao bằng bê tông cốt thép do các kỹ sư Xô viết xây dựng chưa hề phải sơn (ngoại trừ sơn cột đèn báo hiệu cho máy bay); trong khi tất cả các tháp cao trên thế giới được bảo vệ bằng kim loại không gỉ, kính và silicon; các kết cấu kim loại cũ (như của tháp Eiffel) cần sơn định kỳ.

Kết luận:

Giai đoạn 1950 – 1980, các nhà xây dựng, các nhà năng lượng Xô viết đã xây dựng thành công rất nhiều công trình bê tông cốt thép tại nhiều quốc gia khác nhau trên thế giới, có thể nhắc tới nhà máy luyện kim Blikhai (Ấn Độ); đập Axuan (Ai Cập), nhà máy thủy điện Isfagan (Israel), thủy điện Hòa Bình (Việt Nam), rất nhiều nhà máy và xí nghiệp liên hợp tại Trung Quốc, đập thủy điện tại Argentina, Bolivia và một số quốc gia Nam Mỹ khác… - những quốc gia có các điều kiện đặc biệt của nền nhiệt cao. Bề dày kinh nghiệm của các chuyên gia xây dựng Liên Xô trong làm việc với bê tông cốt thép ở mọi điều kiện khí hậu và áp dụng cho mọi loại công trình cần được trân trọng và phát huy./.

 

Nguồn: Tạp chí Công nghệ bê tông (Nga) số 2/2018
ND: Lệ Minh 


Các bài mới
Các bài đã đăng

LIÊN KẾT WEBSITE