Cuộc sống mới của bê tông

Bước chuyển rõ nét của ngành xây dựng Liên bang Nga bắt đầu 15 năm trước, với sự xuất hiện của các công trình lớn, trong đó có những tổ hợp công trình vô cùng ấn tượng xét theo góc độ kỹ thuật xây dựng và kiến trúc. “Moskva – City” là một ví dụ sinh động. Việc thực hiện những dự án có quy mô tầm cỡ như vậy đều trở nên khả thi nhờ các kết quả nghiên cứu mới của Viện. Dự vào các nghiên cứu này, trong thời gian ngắn các chuyên gia đã thành công trong việc thiết lập tiêu chuẩn thiết kế và xây dựng những công trình phức hợp lớn, góp phần hiện đại hóa công nghệ sản xuất bê tông và mở rộng phạm vi ứng dụng bê tông cải tiến vào thực tế xây dựng.

Nền tảng của công nghệ sản xuất bê tông cải tiến là các phụ gia mới – các chất biến tính khoáng hữu cơ với những hoạt tính vượt trội có thể thúc đẩy sự hình thành các cấu trúc có cường độ cao và độ đạc chắc tiêu chuẩn trong đá xi măng và bê tông. Cho tới nay, các sảnphẩm phụ gia biến tính mới của Viện chưa có đối thủ cạnh tranh trên thế giới.

Để làm cốt cho bê tông cốt thép, Viện đề xuất những loại khung cốt composite phi kim và cốt thép. Đặc điểm tuyệt vời của khung cốt thép kiểu mới An600C là sự kết hợp giữa cường độ và độ đàn hồi cao, được đảm bảo bởi thành phần hóa học đặc biệt cũng như công nghệ sản xuất.

Việc ứng dụng cốt phi kim đặc biệt hiệu quả đối với tấm panel tường của các công trình công nghiệp trong môi trường xâm thực; đối với các cấu kiện cầu đường trong điều kiện chịu tác động của muối kháng đóng băng; đối với việc gia cố nền đường và lớp phủ đường. Cốt phi kim cũng được ứng dụng rất hiệu quả trong các tấm móng của các tòa nhà văn phòng trong điều kiện chịu tác động xâm thực của nước ngầm. Cốt được sản xuất theo tiêu chuẩn liên quốc gia GOST 31938-2012 do Viện phối hợp với một số đơn vị chức năng khác chủ trì biên soạn. Việc ứng dụng các loại cốt bảo đảm không chỉ nâng cao chất lượng và tuổi thọ cho bê tông cốt thép mà còn giảm giá thành sản phẩm.

Hiện nay, trong xây dựng công nghiệp, xi măng không phụ gia được ứng dụng rộng rãi. Các kết quả nghiên cứu của Viện cho thấy: từ nhiều thành phần trong xi măng nhiều cấu tử có thể chế tạo được bê tông mác tới B55, chỉ số kháng thấm W14. Điều này cho phép mở rộng phạm vi ứng dụng xi măng nhiều cấu tử nhằm bảo đảm tuổi thọ của bê tông trong các sản phẩm và kết cấu xây dựng. Viện cũng có rất nhiều nghiên cứu về xi măng nhiều cấu tử trong bê tông dành cho các công trình quy mô lớn – như các sân vận động ở Moskva, nơi sẽ diễn ra World Cup 2018.

Tại sân vận động trung tâm Luzhniki, hơn 70 nghìn m3 bê tông được đổ trong các kết  cấu móng của khán đài chính. Việc thi công trực tiếp tên công trường xây dựng các công trình bê tông cốt thép toàn khối khó tránh khỏi các sai sót, tuy mức độ khác nhau. Những sai sót này có thể làm tính bền vững của toàn bộ kết cấu cũng như làm giảm các chỉ số chất lượng của bê tông. Trong dự án cải tạo nâng cấp khán đài lớn sân vận động Luzhniki, để chuẩn bị cho Lễ khai mạc, nhiệm vụ chính của Viện là hỗ trợ về mặt công nghệ thi công. Viện đã tiến hành nghiên cứu và xác định các ngưỡng cơ bản có khả năng tác động tới chỉ số chất lượng của bê tông trong kết cấu tại tất cả các giai đoạn thi công. Tiếp theo, các chuyên gia của Viện đã xác lập các yêu cầu thiết kế đối với bê tông trong từng kết cấu căn cứ vào khả năng chịu lực theo yêu cầu và các điều kiện khai thác; điều chỉnh và thiết kế các bài phối liệu cho bê tông, tùy vào từng dạng kết cấu và những yêu cầu trong công tác kiểm tra ở từng giai đoạn kỹ thuật cụ thể. Các giai đoạn này gồm kiểm tra đầu vào và đầu ra tại các thiết bị trộn bê tông; kiểm tra đầu vào tại địa điểm thi công, chủ yếu là kiểm tra độ lưu động của vữa bê tông; giám sát quá trình xây dựng kết cấu (đổ bê tông); xác định cường độ thiết kế với việc xác lập cường độ thực tế và tính đồng nhất của bê tông về mặt cường độ; xác định độ thẩm thấu thực tế, độ bền bằng giá của các thành phần bê tông.

 
Tổ hợp Tòa nhà văn phòng Moskva – City tại Moskva (Nga)

Ở giai đoạn đầu, căn cứ vào loại kết cấu, các chuyên gia của Viện phối hợp với các nhà thiết kế đã xác định các yêu cầu thiết kế như: mác bê tông theo cường độ nén B30; cấp độ kháng thấm W8; độ bền băng giá F1200; đối với cột, tường dày 200mm và các vòm mái, chỉ số tương ứng là B40; W12; F1200.

Cường độ của các tấm móng được chuẩn hóa thông qua việc nghiên cứu thành phần bê tông có mức tỏa nhiệt thấp. Cường độ của bê tông tường và cột phù hợp với cường độ của cốt – được các chuyên gia xác định thông qua việc chế tạo vữa bê tông có tính lưu động cao P4 – P5.

Các phương pháp và quy trình kiểm tra trên thực tế hiện trường đã cho phép các chuyên gia đề xuất sửa đổi phiên bản mới của tiêu chuẩn GOST 26633 “Bê tông nặng và bê tông hạt mịn. Các yêu cầu kỹ thuật”. Phiên bản mới này do tổ chuyên gia (trong đó có các chuyên gia của Viện, và các chuyên gia đầu ngành các lĩnh vực khác như năng lượng, giao thông) nghiên cứu biên soạn. Trong tiêu chuẩn, phạm vi áp dụng một số điều khoản được mở rộng; các chỉ số ngưỡng trong thành phần bê tông được bổ sung. Tiêu chuẩn cũng bổ sung thêm nội dung xác định các quan hệ phụ thuộc “độ kháng thấm – cường độ”, “độ bền băng giá – cường độ”. Điều này liên quan tới bê tông mác cường độ B22,5  – B55 trong trường hợp độ kháng thấm và độ bền băng giá đòi hỏi cần được xác định tùy theo mức độ tác động xâm thực của môi trường xung quanh. Việc đề xuất sửa đổi tiêu chuẩn được thực hiện trước hết tạo điều kiện cho các đơn vị thiết kế tiếp cận những đặc tính của bê tông một cách có hệ thống.

Những kết quả mà Viện thu được trong quá trình nghiên cứu các chất kết dính chuyên dụng trong sản xuất bê tông bù co ngót cũng rất khả quan. Bê tông sử dụng chất kết dính này không có sự biến dạng khi co, do đó tránh được hiện tượng nứt trong quá trình đóng rắn. Điều này đặc biệt ý nghĩa đối với các kết cấu bê tông toàn khối tấm lớn, như đường giao thông, đường băng sân bay, sân vận động. Nhờ các đặc tính về cấu trúc, loại bê tông này hầu như không thấm nước, độ bền băng giá cao và bền vững trước các tác động của môi trường xâm thực, nhờ đó chi phí khai thác giảm đáng kể.

Một trong những nghiên cứu mới của Viện là bê tông có đặc tính dẫn nhiệt thấp sử dụng cốt liệu thủy tinh. So với các cốt liệu thiêu kết cũng dược sử dụng rộng rãi như keramzit, cường độ của hạt thủy tinh cao gấp đôi, trong khi tính dẫn nhiệt và thấm nước thấp hơn từ 30 – 50%. Các chuyên gia của Viện đã nghiên cứu thành công đặc tính cơ lý cải tiến của hạt thủy tinh ở mật độ thấp để xác định tỷ lệ hợp lý đồng thời cho hiệu quả tối ưu, trước hết trong các bê tông cách nhiệt dùng trong các kết cấu bao che, với khối lượng riêng 500 – 800 kg/m3; cường độ B2,5 – B0,75.

Bê tông với cốt liệu thủy tinh có khả năng bảo vệ tốt trong những điều kiện sau đâu: sử dụng cốt liệu mịn hoặc cát hạn chế; hàm lượng xi măng không thấp hơn mức tối thiểu 250kg/m3, bọt rỗng của vữa không lớn hơn 6-8%.

Cho tới nay, những thử nghiệm các đặc tính cơ lý, đặc tính biến dạng của hạt thủy tinh và bê tông với cốt liệu hạt thủy tinh cho kết quả rất tốt; tuy nhiên, công nghệ hạt thủy tinh và bê tông cốt liệu thủy tinh hiện nay chưa được ứng dụng trong xây dựng công nghiệp tai Liên bang Nga. Theo các nhà xây dựng Nga, trong tương lai gần, khẩu hiệu “Hãy quay lại với panel một lớp” có thể và cần trở thành hướng đi chủ đạo cho quy trình sản xuất công nghiệp các tường ngoài cách nhiệt tốt từ bê tông với cốt liệu thủy tinh.

Trên thế giới, rất nhiều tổ chức được thành lập và hoạt động hiệu quả, có thể kể đến Liên đoàn bê tông cốt thép quốc tế (FIB), Hiệp hội vữa bê tông trộn sẵn châu Âu (ERMCO), Viện Nghiên cứu bê tông Hoa Kỳ (ACR)… Sự phát triển của ngành xây dựng Liên bang Nga những năm tới đây không thể thiếu sự góp mặt của bê tông cốt thép. Hơn nữa, việc bảo đảm nhà ở cho người dân, đồng thời thiết lập môi trường sống an toàn tại các thành phố hiện nay tùy thuộc rất nhiều vào sự phát triển sản xuất loại vật liệu xây dựng cơ bản này.