Bài giảng Sửa chữa, gia cố kết cấu công trình

Chia sẻ: Caphesuadathemduong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Sửa chữa, gia cố kết cấu công trình cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm chung; Công tác khảo sát, thiết kế; Gia cố kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu gạch đá; Kỹ thuật sửa chữa kết cấu bê tông cốt thép; Chống ăn mòn cho kết cấu gia cố. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Sửa chữa, gia cố kết cấu công trình

BÀI GIẢNG MÔN HỌC: Söa ch÷a, gia cè kÕt cÊu c«ng tr×nh (15 TIẾT) Chương 1. Khái niệm chung (3 tiết) 1.1. Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình Bao gồm các yếu tố tác động cơ học, lý học và hóa học diễn ra trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình; những sai sót trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công hoặc không kịp thời duy tu trong quá trình vận hành công trình. - Các tác động cơ học bao gồm: Các loại tải trọng tác dụng lên công trình. - Các tác động lý hoá học bao gồm: Tác dụng của nhiệt độ, độ ẩm, lún không đều, chấn động, môi trường ăn mòn hoá học, điện hoá…. + Ở nhiệt độ âm ( dưới -150C), lượng nước dư trong BT bị đóng băng, thể tích tăng lên, chèn ép vào BT, gây nứt vỡ BT. Nhiệt độ tăng cao (4000C-12000C), cường độ BT giảm xuống, thể tích tăng lên. Sự chênh lệch nhiệt độ do phía bị đốt nóng cũng làm cho kết cấu bị biến dạng, gây nứt, vỡ bề mặt. + ăn mòn: Do CO2 thấm vào BT, các muối có trong nước mềm hòa tan Ca(OH)2 làm giảm độ kiềm trong BT, BT mất khả năng bảo vệ cốt thép. Do muối sinh ra trong các phản ứng ăn mòn với thành phần của xi măng tạo thành chất kết tinh có thể tích tăng lên trên hai lần, chèn ép làm vỡ BT. + ăn mòn cốt thép. - Các sai sót trong công tác khảo sát và thiết kế: + Khảo sát: Số liệu thiếu xác thực về tình hình địa hình, địa chất, thuỷ văn; các số liệu về khí hậu, qui mô và tính chất của các công trình lân cận…. Các số liệu không chính xác về các chỉ tiêu cơ lý của đất nền. Chiều sâu khảo sát chưa đủ. (thông thường quy định chiều sâu khảo sát là 1.5Hcông trình; khi gặp nền đất yếu cần tăng thêm chiều sâu khảo sát). Những sai sót này sẽ dẫn đến giải pháp về nền móng công trình không đảm bảo. + Trong thiết kế: Việc áp dụng các giải pháp kết cấu và nền móng không phù hợp, chưa đề cập đầy đủ các dạng tải trọng có thể xảy ra, chưa đủ các tổ hợp tải trọng; tính toán sai, xác định sơ đồ tính sai; sử dụng vật liệu không thoả đáng, cấu tạo chi tiết không phù hợp (quá nhiều thép, không đủ khoảng hở, không đủ neo, cấu tạo liên kết sai) ….Lựa chọn các giải pháp kết cấu cho các bộ phận không phù hợp (BTCT toàn khối, BTCT lắp ghép, BTCT ứng lực trước), cụ thể: * BTCT toàn khối: Có độ cứng, bậc siêu tĩnh cao nhưng lại nhạy cảm với lún lệch và sự thay đổi nhiệt độ, trong tính toán nếu không kể đến những tác động này sẽ gây ra những sự cố cho công trình. * BTCT lắp ghép: ít nhạy cảm với lún lệch và nhiệt độ, nhưng lại chịu xâm thực của môi trường mạnh tại các vị trí mối nối, làm công trình nhanh chóng hư hỏng. * BTCT ứng lực trước: Cần chú ý bảo vệ chống ăn mòn cho CT ứng lực trước, đặc biệt là những công trình ven biển, hoặc những công trình trong điều kiện ăn mòn cao. Ngoài ra ở những đầu neo khi lực căng lớn có thể gây nứt vỡ cục bộ. 1
- Các sai sót trong quá trình thi công: Là nguyên nhân rất quan trọng làm giảm chất lượng công trình (rất nhiều: trộn sai cấp bền bê tông, sử dụng xi măng kém chất lượng, cốt liệu không sạch, không đúng qui cách, chất lượng vật liệu không đạt yêu cầu, sử dụng phụ gia không thích hợp, lớp bảo vệ không đúng, đặt sai và không đúng các yêu cầu cấu tạo đối với cốt thép, sai tim, trục định vị phải nắn chỉnh, copha không đảm bảo yêu cầu, đầm bê tông không đảm bảo, bảo dưỡng không tốt …) - Chế độ bảo dưỡng công trình trong quá trình vận hành ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ của công trình, đặc biệt là đối với các công trình công nghiệp (Sử dụng công trình không đúng với chức năng ban đầu, sửa chữa cải tạo tùy tiện, làm thay đổi sơ đồ chịu lực ban đầu, bảo trì đúng hạn, không đúng qui trình …). 1.2. Đối tượng sửa chữa , gia cố và cải tạo công trình - Những công trình đã sử dụng lâu năm bị xuống cấp do tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau như tải trọng, khí hậu, hoá chất ăn mòn, sự cố… gây nên. - Những công trình bị hư hỏng do những sai sót trong các khâu khảo sát, thiết kế hoặc thi công. - Những công trình do nhu cầu thay đổi về sử dụng như cải tiến công nghệ, đổi mới thiết bị, thay đổi công năng,… dẫn đến thay đổi sơ đồ kết cấu, thay đổi tải trọng. - Những công trình có nhu cầu mở rộng như mở rộng mặt bằng, nâng thêm chiều cao, nâng thêm tầng…. → Như vậy, việc gia cố, sửa chữa và cải tạo là đề cập đến những công trình có nhu cầu cải thiện về mặt chịu tải trọng cũng như công năng nhằm đảm bảo an toàn, tăng tuổi thọ hoặc tăng hiệu quả sử dụng của công trình. * Cũng như xây mới, việc gia cố, sửa chữa và cải tạo công trình có sẵn vẫn phải qua các khâu khảo sát và thiết kế, sau đó mới có thể tiến hành thi công. Tuy nhiên công tác khảo sát, thiết kế có những đặc điểm khác so với việc làm xây mới công trình. Do vậy, cần đánh giá đúng tính chất, nguyên nhân và mức độ hư hỏng của công trình, xác định được mục đích và yêu cầu của công tác sửa chữa, gia cố sẽ quyết định tính đúng đắn cho các giải pháp được lựa chọn. 1.3. Đánh giá tính chất và mức độ hư hỏng của công trình Có 2 dạng hư hỏng: a. Hư hỏng thấy được: Thể hiện sự sút kém về khả năng chịu tải của kết cấu cũng như sự giảm tính năng sử dụng so với ban đầu, chẳng hạn trên kết cấu xuất hiện những vết nứt hoặc biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, mái bị dột, khu WC bị thấm nước, các lớp ốp, lát bị bong, rộp… gọi H - mức độ hư hỏng của công trình (%), ei - mức độ hư hỏng của cấu kiện thành phần i (%), ti - tỉ lệ giá thành của cấu kiện i so với giá thành toàn bộ công trình, n  t .e i i ta có: H i 1 (%) 100 Khi H > 80% coi như công trình đã hoàn toàn bị phá huỷ. b. Hư hỏng không thấy được: Việc đánh giá dựa trên các cơ sở: - Mức độ giảm giá công trình do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và giá xây dựng hạ xuống được đánh giá bằng hiệu số vốn đầu tư tại thời điểm xây dựng công trình và tại thời điểm khảo sát để sửa chữa, gia cố. - Mức độ bất hợp lý về mặt sử dụng được đánh giá bằng phụ phí để dỡ bỏ những phần bất hợp lý đó của công trình. → Kết hợp cả 2 dạng hư hỏng trên để đánh giá toàn diện mức độ hư hỏng của công trình. * Cơ sở đánh giá theo TCXDVN 373-2006 – “Chỉ dẫn đánh giá mức độ nguy hiểm của kết cấu nhà”. Việc đánh giá theo phương pháp đánh giá tổng hợp, dựa trên mức độ 2
nguy hiểm của các cấu kiện, đánh giá mức độ nguy hiểm của các bộ phận từ đó đánh giá mức độ nguy hiểm cả công trình. Các công thức của tiêu chuẩn khá dài tham khảo trong tiêu chuẩn này. Theo tiêu chuẩn, để đánh giá tình trạng nguy hiểm của công trình, độ nguy hiểm được phân chia thành 4 cấp sau đây: Cấp A:  Kết cấu an toàn.  Chưa có nguy hiểm  Khả năng chịu lực của kết cấu có thể thoả mãn yêu cầu sử dụng bình thường. Cấp B:  Cá biệt có cấu kiện ở trạng thái nguy hiểm cục bộ, nhưng kết cấu chịu lực chưa bị ảnh hưởng.  Khả năng chịu lực của kết cấu cơ bản đạt yêu cầu.  Công trình đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường. Cấp C:  Khả năng chịu lực của một bộ phận kết cấu không đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường.  Xuất hiện tình trạng nguy hiểm cục bộ. Cấp D:  Khả năng chịu lực của kết cấu chịu lực không đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường.  Nhà xuất hiện tình trạng nguy hiểm tổng thể. từ đó, kiến nghị hướng xử lý, có thể tham khảo theo bảng sau đây Mức độ Biểu hiện nguy hiểm Phương hướng xử lý nguy hiểm Kết cấu an toàn, chưa có nguy hiểm, khả Bảo trì định kỳ Cấp A năng chịu lực của kết cấu có thể thoả mãn yêu cầu sử dụng bình thường. Cá biệt có cấu kiện ở trạng thái nguy hiểm Sửa chữa nhỏ cục bộ, nhưng kết cấu chịu lực chưa bị ảnh Cấp B hưởng, khả năng chịu lực của kết cấu cơ bản đạt yêu cầu, công trình đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường. Khả năng chịu lực của một bộ phận kết cấu Sửa chữa lớn không đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình Cấp C thường, xuất hiện tình trạng nguy hiểm cục bộ. Khả năng chịu lực của kết cấu chịu lực không Sửa chữa toàn diện, kèm đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường, theo gia cường lại hệ kết Cấp D Nhà xuất hiện tình trạng nguy hiểm tổng thể. cấu, hoặc kiến nghị dỡ bỏ nhằm đảm bảo an toàn cho công trình lân cận. Chương 2. Công tác khảo sát, thiết kế (2 tiết) 2.1. Mục đích - Khảo sát một công trình cần gia cố, sửa chữa gần giống như khám bệnh cho người ốm, nên gần đây người ta đưa ra thuật ngữ “Bệnh học công trình”. Mục đích là xác định trạng thái, mức độ các hư hỏng và tìm nguyên nhân của chúng. 3
- Công tác khảo sát nhằm mô tả và đánh giá đúng hiện trạng của kết cấu. Phân tích kết quả khảo sát kết hợp với những lập luận hợp qui luật để tìm ra nguyên nhân của hư hỏng làm tiền đề cho việc thiết kế, sửa chữa. Tiêu chuẩn hiện hành (TCXDVN 373-2006). 2.2. Nội dung Nội dung của công tác khảo sát bao gồm: - Hiện trạng về khả năng chịu tải của kết cấu (kết cấu chịu lực và bao che) - Khảo sát nền móng - Mức độ bất hợp lý về phương diện sử dụng - Môi trường làm việc của công trình và ảnh hưởng của các công trình lân cận. (Tham khảo thêm các tài liệu về khảo sát, kiểm định chất lượng công trình). 2.2.1. Khảo sát kết cấu - Yêu cầu: + Các bản vẽ kết cấu công trình có đánh dấu những chỗ, những bộ phận bị hư hỏng và tình trạng hư hỏng. + Tình trạng về khả năng chịu tải của các kết cấu cơ bản, cụ thể: Mức độ biến dạng, các vết nứt, mức độ và tính chất ăn mòn… - Các công việc cần tiến hành: Đo, vẽ kết cấu công trình trong trường hợp công trình không còn bản vẽ thiết kế cũ. Đối với kết cấu BTCT: Số liệu kích thước tiết diện, số lượng và tiết diện cốt thép, loại cốt thép được sử dụng. Đối với kết cấu BTCT lắp ghép phải xác định được các chi tiết liên kết và sơ đồ kết cấu. - Đánh giá khả năng chịu tải của các kết cấu cơ bản: + Tính toán lại theo qui phạm hiện hành với giả thiết công trình còn nguyên vẹn với tải trọng thực tế tác dụng. + Xác định số lượng, vị trí, bề rộng và độ sâu của vết nứt. Vết nứt do M,Q,N hoặc xoắn gây ra. Vết nứt đã ổn định hay vẫn phát triển theo thời gian. + Kiểm tra cường độ của bê tông bằng các phương pháp thích hợp tuỳ theo mức độ quan trọng cần thiết. + Kiểm tra các khuyết tật trong bê tông nếu thấy cần thiết. + Kiểm tra các chi tiết liên kết trong kết cấu BTCT lắp ghép. + Nếu kết cấu làm việc trong môi trường ăn mòn, cần kiểm tra tình trạng ăn mòn, chiều sâu thâm nhập, hiện tượng ăn mòn cốt thép, cường độ bê tông miền bị chất ăn mòn thâm nhập. + Tính lại khả năng chịu tải thực tế của kết cấu theo các số liệu thu được. - Kiểm tra vết nứt, biến dạng có các dụng cụ, thiết bị chuyên dụng (theo giáo trình môn thí nghiệm và kiểm định chất lượng công trình) - Kiểm tra độ bền của vật liệu: + Trong phòng thí nghiệm: Các mẫu được cắt ra từ kết cấu được thử tới tải trọng phá huỷ. + Tại hiện trường: Xác định bằng phương pháp không phá hoại mẫu: sai số từ 10% đến 15%, tuy nhiên ưu điểm hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn; ví dụ như súng bật nẩy, siêu âm, thiết bị phóng xạ, thiết bị từ,…. 2.2.2. Khảo sát nền móng - Yêu cầu: Các số liệu khảo sát nền móng công trình cần nêu được những đặc điểm của khu đất, cấu tạo nền móng công trình và những công trình có liên quan, hiện trạng về khả năng chịu tải và biến dạng của nền móng. - Các công việc cần tiến hành: + Tìm hiểu cấu tạo kết cấu móng của công trình (căn cứ bản vẽ, cấu trúc bên trong). + Tình hình cấu tạo địa chất công trình và hiện trạng các công trình lân cận. + Tìm hiểu độ lún của công trình. 4
→ Đối với công trình có khung chịu lực: Vị trí khảo sát cần chọn ở phạm vi chân cột, chân tường để biết tường xây trực tiếp lên móng hay trên dầm móng. Chọn các vị trí điển hình như móng cột trục giữa, biên, đầu hồi. → Đối với công trình có tường chịu lực: Móng thường là móng băng hoặc bè BTCT, vị trí khảo sát nên chọn cạnh tường biên, tường ngang và tường hồi. → Xác định kích thước bề rộng, độ sâu của móng, kiểm tra cốt thép trong móng và đánh giá lại khả năng chịu tải của móng. - Khảo sát nền đất bằng các phương pháp khoan, xuyên hoặc kết hợp (phương pháp xuyên tĩnh được sử dụng nhiều) 2.3. Thiết kế sửa chữa, cải tạo và gia cố 2.3.1. Nội dung - Xác định sự cần thiết phải sửa chữa, gia cố và cải tạo công trình - Thiết kế sửa chữa, gia cố bao gồm: + Phân tích kết quả khảo sát, xác định nguyên nhân gây hư hỏng + Các giải pháp cơ bản để sửa chữa, gia cố + Các giải pháp bảo vệ kết cấu + Vật liệu cơ bản được sử dụng + Biện pháp thi công + Dự toán thiết kế 2.3.2. Đặc điểm khác so với thiết kế mới - Quan trọng nhất là việc sửa chữa, gia cố, cải tạo cần được thực hiện trong điều kiện vận hành liên tục của công trình hoặc nếu có dừng thì chỉ được dừng trong thời gian hạn chế → Nên ưu tiên sử dụng các cấu kiện lắp ghép bằng BTCT hoặc bằng thép để làm kết cấu gia cố. Những kết cấu gia cố này cần có cấu tạo đơn giản, nhẹ nhàng, dễ thực hiện. Để tăng khả năng chịu tải và giảm nhẹ kết cấu gia cố có thể dùng kết cấu ứng lực trước. Dùng BTCT đổ tại chỗ sẽ khó khăn hơn. - Đưa kết cấu gia cố cùng tham gia làm việc với kết cấu được gia cố. Để thực hiện: + Cắt bỏ hết những phần tải trọng có thể cắt bỏ được trước khi gia cố + Có thể dùng kích để trả lại trạng thái “nghỉ tương đối” của kết cấu được gia cố, (ví dụ như kích trả lại độ võng = 0 cho kết cấu chịu uốn). + Dùng kết cấu ứng lực trước như dây căng ƯLT, ống lồng ƯLT, thanh đạp ƯLT,…. - Đối với công trình bị ăn mòn, việc sửa chữa, gia cố phải được tiến hành đồng thời với việc xử lý chống ăn mòn. Trước khi sửa chữa, gia cố cần phải làm sạch kết cấu cũ khỏi tác nhân ăn mòn. - Biện pháp thi công phải thuận tiện, phù hợp, dễ thực hiện và hiệu quả. - Do tính linh hoạt của công việc sửa chữa, gia cố đòi hỏi người thiết kế luôn có mặt tại hiện trường trong quá trình thi công để kịp giải quyết các yêu cầu đột xuất có thể xảy ra. Chương 3. Gia cố kết cấu BTCT và kết cấu gạch đá (7 tiết) 3.1. Nguyên tắc chung - Các giải pháp gia cố phải phù hợp với yêu cầu sử dụng của công trình, điều kiện phương tiện, vật liệu và khả năng thi công. - Sau gia cố, kết cấu phải đảm bảo về khả năng chịu tải, đảm bảo sự làm việc đồng thời giữa kết cấu gia cố và kết cấu được gia cố. Đối với kết cấu siêu tĩnh, khi tính toán cần đề cập đến sự phân phối lại nội lực trong kết cấu. - Đối với kết cấu bị ăn mòn, trước hết cần loại trừ tác nhân gây ăn mòn trong kết cấu và sau khi gia cố cần phải xử lý chống ăn mòn cho kết cấu. - Kết cấu BTCT được gia cố theo 2 cách cơ bản: + Gia cố trong điều kiện giữ nguyên sơ đồ kết cấu và trạng thái ứng suất. Để giữ nguyên sơ đồ kết cấu, việc gia cố chỉ có thể thực hiện bằng cách tăng tiết diện. 5
+ Gia cố bằng cách thay đổi sơ đồ và trạng thái ứng suất của kết cấu. Để gia cố bằng cách này có thể áp dụng các phương pháp đặt thêm gối tựa, dây căng ƯLT, kết cấu hỗ trợ hoặc thay thế,…. - Vật liệu sử dụng để gia cố kết cấu BTCT: Bê tông có B ≥ B12,5. Các loại thép các bon thông dụng, không nên dùng loại có cường độ đặc biệt cao. Vữa chèn là vữa xi măng mác ≥ mác 100. Nói chung, vật liệu sử dụng trong công tác sửa chữa và gia cố cần đáp ứng các yêu cầu sau: + Về tính co ngót: Sử dụng vật liệu sửa chữa có độ co ngót tối thiểu, thậm chí không co, hoặc trương nở là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo chất lượng công tác sửa chữa. Lý do: Với kết cấu cũ đã ổn định, vật liệu sửa chữa mới khi bị co ngót sẽ gây ra ứng suất kéo trong lớp vật liệu đó, đồng thời tại mặt tiếp xúc giữa hai lớp vật liệu xuất hiện ứng lực cắt làm hai lớp vật liệu trượt lên nhau, phá vỡ lực dính giữa hai lớp vật liệu cũ và mới. Những khe nứt và tách sinh ra do quá trình trên tạo điều kiện cho các tác nhân ăn mòn của môi trường xâm nhập vào gây ra hiện tượng ăn mòn cho kết cấu. + Từ biến: Trong khi từ biến xảy ra với kết cấu cũ đã ở mức ổn định (giá trị biến dạng này rất nhỏ) thì với vật liệu sửa chữa hoặc gia cường vừa mới thi công từ biến còn khá lớn, điều này gây ra ứng lực trượt tại mặt tiếp xúc làm cho liên kết giữa hai loại vật liệu cũ, mới giảm yếu đi, làm suy giảm khả năng chịu tải của vật liệu mới. Vì vậy cần chọn loại vật liệu có biến dạng từ biến nhỏ nhất. + Cường độ phải đảm bảo không nhỏ hơn cường độ của kết cấu cấu cũ. + Khi kết cấu làm việc trong môi trường ăn mòn cao, vật liệu sửa chữa phải đáp ứng được các yêu cầu về chống ăn mòn. + Phù hợp với điều kiện thi công. 3.2. Các giải pháp gia cố kết cấu BTCT 3.2.1. Gia cố kết cấu BTCT bằng cách tăng tiết diện - Phương pháp này được sử dụng khá rộng rãi - Ưu điểm: + Tính toán đơn giản + Dễ thực hiện đối với các loại kết cấu khác nhau như chịu uốn, chịu nén đúng tâm, lệch tâm. + Đối với các kết cấu không quá lớn, phương pháp này rất hiệu quả về mặt nâng cao khả năng chịu tải. - Các dạng tăng tiết diện (hình 3.1): - Có thể tăng tiết diện bằng cách ốp các tiết diện bằng các loại thép hình (thường dùng cho các cấu kiện chịu nén đúng tâm, lệch tâm). - Để đảm bảo sự làm việc chung giữa phần ốp thêm và tiết diện cũ cần có độ bám dính giữa bê tông cũ và mới. Cần đục nhám và làm sạch mặt bê tông cũ. Độ bám dính còn phụ thuộc vào chất kết Hình 3.1. Các dạng tăng tiết diện dính, điều kiện đổ bê tông, độ dẻo của hỗn hợp bê tông và cấp độ bền của bê tông. Theo kinh nghiệm, độ sụt của bê tông khoảng 8  10 cm. Sử dụng xi măng Pooc lăng, không nên dùng xi măng đông cứng nhanh. - Chiều dầy lớp bê tông ốp ≥ 6 cm khi đổ bê tông thông thường và ≥ 3 cm khi dùng máy phụt bê tông. 6
a. Tăng chiều cao tiết diện Thực tế cho thấy có thể tăng khả năng chịu tải của kết cấu lên 1,5  2 lần và tiết kiệm được vật liệu. Thường áp dụng cho các cấu kiện chịu uốn như dầm, sàn và cấu kiện chịu nén như cột. - Đối với sàn: + Khi cốt thép còn nguyên lành và mặt trên không bị vướng, có thể chỉ cần đổ thêm bê tông ở mặt trên sàn dầy từ 3  6 cm tuỳ theo yêu cầu của tải trọng. Mặt sàn phải được đục nhám và làm sạch. Để tăng độ bám dính giữa 2 lớp sàn, thỉnh thoảng đục thủng 1 lỗ xuống sàn cũ với kích thước 20x20 cm, có thép móc vào lớp thép chịu lực của sàn (hình 3.2a). Mặt trên tuỳ theo yêu cầu có thể bố trí thêm lớp thép cấu tạo (≥ Ø4 a300). Hình 3.2. Tăng chiều dầy của sàn BTCT + Trường hợp mặt trên bị vướng thiết bị hoặc điều kiện không cho phép nâng độ cao mặt sàn thì có thể tăng chiều dầy về phía dưới mặt sàn (hình 3.2b). Trường hợp này cần đặt thêm cốt thép phụ và phải liên kết với cốt thép đã có ở sàn. Đổ bê tông trong trường hợp này phải dùng máy phụt bê tông. - Đối với dầm: + Tăng miền bê tông chịu nén (khá khó khăn nếu không cho phép).(hình 3.3a) a) b) Hình 3.3. Tăng tiết diện dầm + Tăng chiều cao phía dưới mặt dầm: Đặt cốt thép chịu kéo bổ sung. → Khi chỉ cần tăng cường cốt thép chịu kéo bổ sung, có thể hàn cốt thép bổ sung với cốt thép chịu lực hiện có bằng các đoạn thép trung gian liên kết. Chiều dầy lớp bê tông thêm vào chỉ cần vừa đủ để bao kín cốt thép, đảm bảo sự làm việc giữa bê tông và cốt thép và đảm bảo lớp bê tông bảo vệ ≥ 3cm và nên dùng máy phụt bê tông để thi công. (hình 3.3b) → Khi cần tăng cao hơn, cốt dọc được hàn với cốt thép dầm, đường kính thép dọc từ Ø12  Ø30; đường kính cốt đai từ Ø8  Ø12. - Đối với cột: Tăng về 2 phía hoặc 1 phía tuỳ theo yêu cầu. Chiều cao tăng phụ thuộc kết quả tính toán. Đường kính cốt dọc từ Ø14  Ø25. (hình 3.4) Hình 3.4. Tăng chiều cao tiết diện cột 7
b. Tăng bề rộng và chiều cao tiết diện - Phương pháp này dùng để gia cố dầm khi bề rộng tiết diện của dầm quá bé. - Cốt dọc được bố trí như với việc tăng chiều cao tiết diện. (hình 3.5) - Cốt đai được bố trí theo 2 dạng: + Đai hở: được móc vào 2 thanh thép cấu tạo ở sát đáy sàn. Cũng có thể gắn với 1 cặp thép góc (thép chữ L) bắt với sàn bằng bu lông với khoảng cách từ 1  1,5m. + Đai kín: xuyên qua sàn. Khoảng cách những lỗ xuyên khoảng 50cm, những lỗ này còn có tác dụng để đổ bê tông. Hình 3.5. Tăng bề rộng và chiều cao tiết diện c. Tăng tiết diện bằng cách ốp bốn phía - Phương pháp này rất thích hợp với cột. Đối với dầm không có sàn cũng áp dụng tốt nhưng nếu có sàn thì khá phức tạp nên ít dùng. - Cốt thép và chiều dầy của bê tông ốp xác định theo tính toán.(hình 3.6) - Ưu điểm: Phần bê tông mới và bê tông cũ gắn chặt vào nhau do tính co ngót của bê tông mới tạo nên sự làm việc đồng thời. Hình 3.6. Tăng tiết ốp bốn phía a) đối với cột; b) đối với dầm d. Đặc điểm tính toán khi gia cố bằng cách tăng cường tiết diện - Do không thay đổi sơ đồ tính toán ban đầu nên việc tính toán chỉ là kiểm tra khả năng chịu tải của tiết diện sau khi gia cố. - Các giả thiết để tính toán: + Tiết diện sau khi gia cố được coi như thể thống nhất. + Cốt thép trong phần tiết diện cũ và mới cho phép làm việc với cường độ tính toán là (0,75  0,8)Rs. + Cường độ của bê tông lấy như sau: → Khi tăng tiết diện miền bê tông chịu nén: lấy bằng cường độ bê tông mới gia cố. → Khi tăng tiết diện miền bê tông chịu kéo: lấy bằng cường độ của kết cấu cũ 3.2.2. Gia cố kết cấu BTCT bằng cách đặt thêm gối tựa phụ Phương pháp này áp dụng cho những kết cấu chịu uốn trong điều kiện không gian cho phép. Khi đặt thêm gối tựa, sơ đồ tính toán của hệ thống sẽ thay đổi, có thể xuất hiện mômen âm tại vị trí gối tựa phụ nhưng nói chung nội lực giảm đi và do đó tăng đáng kể khả năng chịu tải của kết cấu (khoảng 2  3 lần). Gối tựa phụ có thể là gối tựa cứng hoặc tựa đàn hồi. a. Gối tựa cứng: - Đặt thêm trụ đỡ ở giữa nhịp dầm, hệ giằng hoặc dây treo. (hình 3.7) - Để đảm bảo sự làm việc đồng thời trước khi định vị gối tựa phụ cần dỡ tải cho kết cấu bằng cách cắt bỏ khỏi kết cấu những tải trọng nào có thể cắt bỏ được. - Khi lượng tải trọng được cắt bỏ là không đáng kể so với toàn bộ tải trọng tác dụng lên kết cấu (chẳng hạn kết cấu đỡ mái của nhà công nghiệp, dỡ khó khăn) có thể dùng kích tại những vị trí thích hợp để giảm bớt chuyển vị của kết cấu. 8
Hình 3.7.Sơ đồ gia cố kết cấu bằng cách đặt thêm các gối tựa cứng b. Gối tựa đàn hồi: - Dùng dầm thép hoặc BTCT đúc sẵn gắn chặt 2 đầu với dầm cần gia cố, chèn gối tựa vào khoảng giữa 2 nhịp dầm. (hình 3.8) - Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện nhưng không giảm được lực cắt lại gối tựa của dầm cần gia cố, cho nên cần cấu tạo thêm gối tựa phụ. - Có thể dùng dầm thép đỡ đặt vuông góc với dầm cần gia cố. Hình 3.8.Các dạng gối tựa phụ đàn hồi 3.2.3. Gia cố kết cấu BTCT bằng dây căng ứng lực trước a. Nguyên tắc và ưu điểm: - Việc áp dụng hệ thống dây căng ứng lực trước là để tạo ra được những tác động ngược lại với tác động ban đầu của ngoại lực nhằm nâng cao khả năng chịu tải của kết cấu. - Phương pháp này áp dụng để gia cố các cấu kiện chịu uốn như dầm, dàn BTCT. - Ưu điểm: + Tiêu hao lượng vật liệu ít mà có thể nâng cao khả năng chịu tải từ 2  2,5 lần. + Không chiếm không gian sử dụng của công trình. + Thi công tương đối đơn giản, dễ thực hiện, nhanh đưa công trình vào sử dụng, không ảnh hưởng nhiều đến điều kiện làm việc liên tục của công trình. b. Hình thức thực hiện: Có 3 hình thức - Khi yêu cầu về mức độ gia tăng khả năng chống uốn lớn hơn so với mức độ gia tăng khả năng chống cắt sau khi gia cố, có thể áp dụng hệ thống dây căng nằm ngang (2 dây). (hình 3.9a) - Khi yêu cầu về mức độ gia tăng khả năng chống cắt khá lớn, nên áp dụng hệ thống dây võng. (hình 3.9b) - Khi yêu cầu về mức độ gia tăng khả năng chống uốn và chống cắt đều lớn, áp dụng hệ thống dây căng tổ hợp của 2 hệ trên. (hình 3.9c) Các bộ phận của hệ thống dây căng ứng lực trước: + Dây căng: Có thể là thép thường nhóm AI,AII,AIII; có thể là thép hình + Neo 2 đầu dây căng: Thép hình hàn với thép chịu lực của dầm và chôn trong BT. + Thanh tựa: Đặt phía dưới tại vị trí uốn của hệ dây võng Cơ cấu gây ứng lực: Dùng phương pháp cơ học hoặc nhiệt điện 9
+ Cơ học: Có thể sử dụng tăng đơ hoặc cơ cấu “níu chập” làm dây dãn dài. Cơ cấu “níu chập” được cấu tạo bởi một bulông có hình móc câu hoặc có hình chữ U với khoảng ren khá linh hoạt. (hình 3.9, chi tiết A) + Nhiệt điện: Đốt nóng dây căng làm dây dãn ra tương ứng với ứng suất cần có. c. Đặc điểm tính toán: - Xác định lượng cần bổ sung về khả năng chịu tải của kết cấu (ΔM, ΔQ) - Sơ bộ chọn tiết diện dây căng, đối M với kết cấu dầm: A0  m0 Rs z Với Rs là cường độ tính toán của cốt thép, m0 là hệ số điều kiện làm việc của dây căng = 0,8  0,85 và z   h0 với h0 - chiều cao từ biên chịu nén của tiết diện dầm tới trọng tâm dây căng phần nằm ngang,  - hệ số = 0,6  0,8 phụ thuộc hàm lượng thép. - Xác định ứng lực trong dây căng dưới tác dụng của tải trọng thêm (X) Hình 3.9. Các hình thức gia cố dầm bằng dây theo phương pháp lực, từ đó xác định căng ứng lực trước X ứng suất trong dây căng   A0 - Xác định ứng lực trước cần thiết trong dây căng:  0  m0 Rs   - Kiểm tra khả năng chịu tải của kết cấu sau khi gia cố theo các qui định trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm. 3.2.4. Gia cố kết cấu BTCT bằng cách dùng kết cấu hỗ trợ hoặc thay thế - Kết cấu hỗ trợ có 2 dạng: Một phần hoặc toàn phần + Kết cấu hỗ trợ một phần: cùng tham gia làm việc đồng thời với kết cấu cũ + Kết cấu hỗ trợ toàn phần: còn gọi là kết cấu thay thế nhận toàn bộ tải trọng tác dụng, còn kết cấu cũ chỉ chịu riêng trọng lượng bản thân. - Ưu điểm: Đơn giản, dễ thi công. - Nhược điểm: Giảm không gian sử dụng do giảm chiều cao phòng. Khi thi công bắt buộc phải ngừng sự hoạt động bình thường của công trình và có phần không kinh tế khi dùng loại kết cấu thay thế. 3.2.5. Gia cố cột BTCT bằng thép hình - Phương pháp này có thể áp dụng để gia cố cột chịu tải đúng tâm hoặc lệch tâm. - Ưu điểm: Thi công đơn giản, nhanh chóng, không ảnh hưởng nhiều đến tính chất làm việc liên tục của công trình. Có khả năng nâng cao đáng kể khả năng chịu tải của cột (có thể lên tới 100  200 Tấn). Vẫn có thể giữ nguyên được kích thước tiết diện cột, không ảnh hưởng đến yêu cầu thẩm mỹ của công trình.(hình 3.10) 1. Cột được gia cố 2. Thanh ốp 3. Bản giằng Hình 3.10. Gia cố cột BTCT bằng cách ốp thép hình 10
- Nhược điểm: Tiêu hao lượng thép tương đối lớn so với các phương pháp khác. - Vật liệu: + Thanh ốp thường là thép góc giằng với nhau qua bản giằng; + Bản giằng bằng thép dẹt, khoảng cách giữa các bản ≤ 40r (r – bán kính quán tính nhỏ nhất của thanh ốp). 3.2.6. Một số gia cố khác a. Gia cố khả năng chống cắt Trong nhiều trường hợp, sự phá hoại kết cấu BTCT do lực cắt gây ra. Trên kết cấu xuất hiện những vết nứt xiên do tác dụng của ứng suất chính. Để đảm bảo khả năng chịu tải của kết cấu có thể áp dụng các giải pháp sau: - Giảm lực cắt bằng cách thay đổi sơ đồ kết cấu như đặt thêm gối tựa phụ… - Ốp tăng cường tiết diện của cấu kiện - Gia cố bằng phương pháp dây căng ứng lực trước - Gia cố bằng cách tăng cường cốt đai hoặc cốt xiên trong phạm vi cần thiết. Cốt đai tăng cường có thể là thép tròn Ø ≥ 10 mm hoặc thép dẹt dầy ≥ 6 mm hoặc bu lông hình chữ [ neo lên mặt trên của dầm.(hình 3.11) Hình 3.11. Các hình thức gia cố cốt đai b. Gia cố kết cấu conson - Gia cố conson ngắn: Conson ngắn làm việc như cấu kiện chịu cắt. Conson ngắn thường là các loại vai cột đỡ dầm cầu trục, dầm sàn, dầm tường hoặc dầm mái. Gia cố các loại conson này tức là tìm cách nâng cao khả năng chống cắt của chúng. Đối với các loại vai cột có thể gia cố bằng cách tăng cường chiều cao. Cốt đai và cốt xiên bổ sung được ốp chặt vào mặt ngoài kết cấu đã được đục bỏ lớp bảo vệ, sau đó ốp phủ kín bằng bê tông sỏi nhỏ có cấp độ bền B ≥ B15. Khi tính toán có thể coi những thép gia cố cùng làm việc với các thép có sẵn trong một tiết diện đồng nhất. Cũng có thể gia cố bằng các thép xiên ứng lực trước.(hình 3.12) Hình 3.13. Gia cố conson dài - Gia cố conson dài: Conson dài làm việc như cấu kiện chịu uốn. Conson dài có đặc điểm M và Q đều lớn tại ngàm. Như vậy mục đích của gia cố là làm tăng khả năng chịu cắt và chịu M của conson. Có thể gia cố bằng cách tăng cường tiết diện conson hoặc tăng cường cốt thép. Phương pháp khá hiệu quả đối với loại này là dùng hệ Hình 3.12. Gia cố conson ngắn thống dây căng ứng lực trước xuất phát từ phía dưới đầu mút conson neo lên mặt trên đầu ngàm conson. (hình 3.13) 11
3.3. Gia cố kết cấu gạch đá 3.3.1. Tình trạng hư hỏng và nguyên tắc gia cố Tính chất và mức độ hư hỏng của kết cấu gạch đá phụ thuộc vào các yếu tố tác động lên công trình. Những hư hỏng của loại kết cấu này gồm: a. Sự xuất hiện các vết nứt - Do hiện tượng lún không đều của nền móng, có 3 dạng lún cơ bản: + Lún võng: Các vết nứt thường xuất phát từ phần dưới của công trình và thường tập trung vào khoảng giữa (hình 4.1a) Hình 4.1. Các dạng lún và sự phân bố Hình 4.2. Các dạng vết nứt các vết nứt + Lún vồng: Các vết nứt thường xuất phát từ phần trên (mái) công trình và phân bố tương đối đều đặn theo chiều dài công trình, tại 2 đầu thường xuất hiện các vết nứt xiên (hình 4.1b) + Lún trượt: Các vết nứt thường chỉ tập trung tại phạm vi công trình bị trượt (hình 4.1c) - Do biến dạng quá lớn của kết cấu đỡ tường: Các dầm tường, lanh tô cửa…không đảm bảo khả năng chịu tải hoặc vượt quá biến dạng cho phép. Các vết nứt thường xuất phát từ mặt trên của dầm tường. (hình 4.2a) - Do tải trọng tập trung quá lớn: Lực tập trung có xu hướng xé rách trụ, mảng tường tiếp giáp. Các vết nứt đi xiên tập trung vào điểm tác dụng của tải trọng. (hình 4.2b). Mảng tường giữa 2 lỗ cửa chịu nén quá mức, không đủ khả năng chịu tải, các vết nứt xuất hiện thẳng đứng (hình 4.2c) - Do vượt quá giới hạn chịu kéo trong những kết cấu xuất hiện ứng suất kéo hoặc do các tải trọng động đất, gió bão, bom đạn hoặc sự cố công nghệ. Các vết nứt trên đều thể hiện trên mặt vữa trát ngoài nhưng cũng có khi vết nứt nhỏ, lớp vữa lại có độ co giãn tốt nên không thấy vết nứt ở lớp vữa và cần phải khảo sát thêm nhất là tại phạm vi tiếp nối với các vết nứt đã thấy rõ. b. Tường bị nghiêng Có thể do thiếu giằng ngang, do lực đẩy của kết cấu đỡ mái, do đất nền bị lún lệch hoặc do thi công sai từ đầu. c. Tường bị ẩm ướt thường xuyên Xảy ra đối với những công trình nằm trong vùng có mực nước ngầm cao. Do công trình bị lún, lớp vữa chống thấm trên mặt móng chìm dưới mặt nền tạo điều kiện cho nước ngầm thẩm thấu lên phía trên tường hoặc công trình không được ốp, lát tốt làm cho nước thấm vào chân tường và mao dẫn lên trên. Khi tường bị ẩm ướt, gạch và vữa bị mủn theo thời gian nên khả năng chịu tải sẽ bị giảm. 12
d. Do chất lượng vật liệu không đảm bảo: Gạch và vữa không đủ cường độ do đó khối xây không đảm bảo khả năng chịu tải và sự làm việc lâu dài. e. Do công trình làm việc trong môi trường ăn mòn Trong môi trường ăn mòn, tính chất cơ lý của vật liệu giảm đi nhanh chóng, nhiều lớp trát bị bong, gạch đá bị mủn, thường xuyên ẩm ướt và khả năng chịu tải bị giảm. Ngoài những hư hỏng trên còn có những hư hỏng do bất hợp lý về sử dụng. * Nguyên tắc chung: - Loại trừ nguyên nhân gây hư hỏng như loại trừ tác nhân gây ăn mòn, chỉ xử lý vết nứt sau khi đã loại trừ hiện tượng lún không đều. - Tận dụng khả năng chịu nén của khối xây, tránh để xẩy ra các dạng ứng suất khác như ứng suất kéo. - Liên kết chặt chẽ kết cấu gia cố với kết cấu được gia cố, đảm bảo sự làm việc đồng thời. - Vật liệu để gia cố có thể là gạch đá, BTCT hoặc thép. 3.3.2. Gia cố tường gạch - Gia cố các vết nứt: Phân biệt rõ nguyên nhân gây nứt, mức độ trầm trọng của vết nứt, vết nứt đã ổn định hay còn phát triển.Nếu đã ổn định có thể gia cố bằng các phương pháp: + Dùng thép tròn Ø6  Ø12 có dạng U, đầu nhọn đóng vào tường vắt qua và thẳng góc với vết nứt, khoảng cách từ 300  500 mm. (hình 4.3a) + Trường hợp cần chống trượt giữa các mảng tường 2 bên vết nứt nên gia cố bằng các chốt BTCT đặt vuông góc với vết nứt. Bề dầy chốt bằng bề dầy tường. Bê tông chốt có B ≥ B12,5; thép Ø6  Ø8 - loại AI; khoảng cách giữa các chốt từ 500  700 mm. (hình 4.3b) Trường hợp các vết nứt còn hoạt động, cần tiến hành xử lý nguyên nhân gây nứt trước rồi mới gia cố. Hình 4.3. Gia cố vết nứt tường gạch - Đối với các bức tường bị ẩm do hiện tượng thẩm thấu: Để cách ly nguồn nước có thể thẩm thấu lên trên, cách tốt nhất là tạo 1 hệ giằng BTCT tại chân tường nơi tiếp xúc với độ ẩm. Trước khi đổ bê tông giằng cần trát một lớp vữa chống thấm bằng xi măng cát mác 100 dày 15  20 mm. - Trường hợp khối xây bị mủn: Nếu quá nặng, nên phá bỏ và làm lại vì gia cố sẽ rất phức tạp, tốn kém mà hiệu quả không cao. Trường hợp bị nhẹ thì mới xử lý theo các nguyên tắc chung. - Trường hợp tường bị nứt do ứng suất kéo: (kết cấu tường chắn hoặc bể chứa) có thể gia cố bằng các vách chống. Nếu bị nghiêng, cần có biện pháp để trở lại cân bằng rồi mới gia cố cục bộ. - Gia cố tường bằng cách xây ốp: để tăng cường khả năng chịu tải. Để đảm bảo sự tham gia làm việc của phần ốp thêm cần có các liên kết vững chắc giữa 2 phần tường cũ-mới như đục lỗ trên tường cũ để khi xây câu tường mới vào, cũng có thể chèn các lỗ này bằng bê tông. Số lượng các lỗ tuỳ theo chiều dầy tường (1,2 lỗ/m2). Lớp trát trên tường cũ phải được cạo bỏ. Lưu ý ốp thêm ở cả phần móng để có chỗ tựa của tường và hạn chế sự làm việc lệch tâm của móng. 13
Hình 4.4. Gia cố tường bằng ốp BTCT Khi cần tăng đáng kể tải trọng tác dụng lên tường (đặt thêm thiết bị có tải trọng lớn, chồng thêm tầng nhà), có thể ốp BTCT vào tường cũ từ 2 phía: Chiều dầy lớp ốp ≥ 40 mm; B ≥ B12,5; lưới thép Ø6 khoảng cách 150  200 mm và có các thanh thép ngang Ø14  Ø18 xuyên qua tường nối 2 lớp ốp 2 bên cách nhau ≤ 750 mm. (hình 4.4) Hình 4.5. Cấu tạo đố tường bằng BTCT - Gia cố tường bằng các đố BTCT: tường sẽ được tăng thêm độ cứng cũng như khả năng chịu tải, đặc biệt có lợi khi chịu tải trọng ngang. Kích thước và khoảng cách các đố phụ thuộc vào yêu cầu chịu tải mới của tường. Đố được cấu tạo từ 2 phía mặt tường, tạo thành một trụ nhánh và các nhánh được nối với nhau thông qua các thanh ngang xuyên qua tường. Cốt thép dọc trong các đố có d ≥ 12 mm, đai Ø6a150. (hình 4.5) 3.3.3. Gia cố trụ gạch - Có 2 loại trụ gạch: Trụ độc lập và trụ liền tường. - Có thể gia cố bằng cách xây ốp thêm gạch tăng cường tiết diện trụ nhưng thường người ta ốp bằng kết cấu BTCT hoặc thép hình. Có thể ốp 1 phía, 2 phía, 3 phía hoặc 4 phía. Các nhánh cột gia cố có chiều dầy ≥ 100 mm. Cốt thép dọc có thể đặt 1 lớp hoặc 2 lớp phụ thuộc chiều dầy và tính toán; đường kính ≥ 10 mm, đai thường dùng Ø6a150. (hình 4.6) Hình 4.6. Gia cố trụ tường bằng cách ốp BTCT 14
- Có thể gia cố trụ gạch bằng vành đai: thường áp dụng cho các trụ độc lập tiết diện vuông hoặc chữ nhật có tỉ lệ các cạnh ≥ 2,5. Kết cấu vành đai có tác dụng hạn chế nở hông nên làm tăng cường độ của khối xây; bản thân kết cấu vành đai gồm các thanh thép dọc, bê tông và vữa cùng tham gia chịu lực với trụ. Có 3 loại kết cấu vành đai thường dùng: Vành đai thép hình, vành đai BTCT và vành đai vữa lưới thép (đã nêu ở môn học kết cấu gạch đá và gạch đá có cốt thép). * Tính toán kết cấu gia cố theo các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành về kết cấu BTCT, kết cấu thép, kết cấu gạch đá và gạch đá có cốt thép, chủ yếu tính với cấu kiện chịu nén đúng tâm và lệch tâm. Chương 4. Kỹ thuật sửa chữa kết cấu BTCT (2 tiết) 4.1. Sửa chữa bề mặt 4.1.1. Các dạng hư hỏng bề mặt bê tông - Những bề mặt bị nứt do co ngót mềm của BT: Cách phòng tránh chủ động là che phủ bề mặt sau khi đổ bê tông. Trường hợp xuất hiện nứt cần xử lý thì thực hiện bằng đầm lại hoặc quét phủ bằng sữa xi măng hoặc polyme có độ nhớt bé. - Bề mặt nứt do co ngót khô: Sinh ra do quá trình thủy hóa xi măng, nhiệt độ tăng thêm 20-300C, bê tông bị nở ra, khi nguội, bê tông co lại, trong bê tông xuất hiện ứng suất kéo, có thể gây nứt cho bê tông. Ngoài ra, tốc độ co ngót ở mặt ngoài lớn hơn bên trong khá nhiều, làm cho mặt ngoài chịu một sức căng khá lớn, gây ra các vết nứt ở mặt ngoài. 4.1.2. Kỹ thuật sửa chữa bề mặt 4.1.2.1. Làm màng bảo vệ: - Phương pháp quét sữa xi măng lỏng hay vữa xi măng cát lên bề mặt bê tông tạo thành lớp màng bảo vệ chống được tác dụng của khí trời - Nhược điểm: Không chống được xâm thực và tác dụng của nhiệt độ, độ ẩm cho bê tông - Các yêu cầu cho lớp màng bảo vệ: Nếu bê tông vừa đổ thì nên làm màng bảo vệ ngay. Nếu làm trên bề mặt bê tông cũ thì có các yêu cầu riêng sau: + Mặt bê tông phải sạch, không rêu mốc, bụi. Mặt bê tông phải nháp, không cần đẽo sờm. Mặt bê tông phải tưới rửa bằng nước. + Phải bảo dưỡng trong 1 tuần, không để khô, che đậy cẩn thận. - Thành phần của lớp màng bảo vệ gồm 3 lớp: + Lớp đầu tiên: Một phần cát trộn với một phần xi măng đến chảy dẻo rồi trát lên bề mặt bê tông + Lớp thứ 2: 1,5 phần cát trộn với 1 phần xi măng và nước (khô hơn lớp 1) rồi trát thành lớp mỏng + Lớp thứ 3: Xi măng trộn với nước (Không bắt buộc) - Chiều dày của cả 3 lớp không nên quá 3mm. Khoảng cách trát các lớp từ 3 đến 4 giờ. - Vữa mới trộn không nên dùng ngay mà chứa trong thùng khoảng 1h. Sau đó mang ra trộn lại trước khi dùng 4.1.2.2. Phun vữa: - Tạo nên lớp vỏ bảo vệ chống tác dụng của khí trời và chống thấm trên bề mặt bê tông. - Chiều dày lớp vữa không quá 7,5mm và nên đánh sờm bề mặt trước khi phun để tăng độ bám dính. - Có 2 loại: + Phun khô: Trộn khô cát và xi măng trước, được phun lên bề mặt bê tông nhờ khí nén và được trộn lẫn với nước khi phun + Phun ướt: Trộn cát, xi măng và nước trước rồi bơm vữa lỏng ra đầu vòi phun và dùng khí nén để phun lên bê tông - Trước khi phun cần làm sạch, đánh sờm và rửa mặt nền. Để tăng cường độ thì bọc thêm một lưới thép rồi phun vữa phủ lên. - Thường áp dụng cho sửa chữa xilô, cầu cảng, sàn và trụ có diện tích lớn. 15
4.1.2.3. Tô trát vữa: - Ưu điểm: + Có thể áp dụng vào sửa chữa các mặt phẳng và cạnh góc chính xác và tinh xảo cao, vừa bảo tồn, vừa nâng cao được đường nét kiến trúc của nhà. + Chất lượng đồng nhất hơn nên dùng được khi yêu cầu lớp vữa bảo vệ chống được sự xâm thực của hóa chất và nước. - Nhược điểm: Chiều dày vữa bị giới hạn là 3mm. Cần thợ chuyên nghiệp và theo dõi chất lượng thường xuyên. Dễ bị nứt nẻ và vỡ lở theo thời gian. Giá thành cao vì tốn công chuẩn bị bề mặt. - Quá trình thi công tô trát vữa: + Trước tiên là phải phá bỏ phần bê tông yếu hoặc bong. Đánh sờm bề mặt nền sâu khoảng 2 - 6mm bằng đục hoặc búa tay, nếu phát hiện những chỗ yếu, hư hỏng của công trình, cần bỏ đi ngay và gia cường thêm. + Trát lớp vữa xi măng – cát thứ nhất dày từ 6 – 9mm với tỷ lệ 1/1 và để khô khoảng 4 giờ (mùa hè) và 6 giờ (mùa đông). + Trát lớp vữa xi măng – cát thứ hai dày 6mm với tỷ lệ 1/2, được trát bằng tay. + Trát lớp vữa thứ ba dày 9mm với tỷ lệ 1/3, trát bằng tay sau đó bằng bàn xoa gỗ. - Để tăng chất lượng nên dùng thêm chất phụ gia làm chậm đông kết và làm vữa có tính chống thấm cao. 4.2. Sửa chữa vết nứt trong bê tông 4.2.1. Các loại vết nứt trong bê tông: a) Vết nứt đơn: Phát sinh do kết cấu bị quá tải, do tải trọng hoặc co ngót. Vết nứt do quá tải giống với vết nứt khi thí nghiệm chất quá tải. Vết nứt khác thường do biến dạng bị ngăn cản. Vết nứt xuất hiện trong tuần đầu thường do co ngót. b) Vết nứt nhóm: Thường là những vết nứt chạy lung tung, không có phương hướng nhất định và hình thành hầu như cùng một lúc. Xuất hiện khi kết cấu chịu nén và chịu xoắn quá mức. Kích thước của vết nứt tùy thuộc vào độ sâu và thành phần của vữa bê tông. Thường xuất hiện trong các vòm cầu, các vỏ tuynen, các tấm bê tông hoặc kết cấu bê tông nhiều lớp. Có 2 loại nhóm vết nứt nhóm trong bê tông nhiều lớp: + Những vết nứt bao trùm diện tích khoảng 10cm2 xuất hiện khi ta đổ nước cho ướt mặt bê tông và ăn xuyên qua lớp bê tông ngoài cùng. + Những vết nứt chiếm lớn hơn một diện tích khoảng 70cm2 và ăn xuyên qua lớp bê tông ngoài cùng và lớp giữa. + Những vết nứt lớn hơn nữa nằm trong bán kính khoảng 1,5 đến 1,7 (m) ăn xuyên đến lớp nền. c) Vết nứt tự khép kín: Trong những điều kiện nhất định, khe nứt có thể tự khép kín vững chắc mà không phải sửa chữa. - Hiện tượng khe nứt tự khép kín vững chắc có thể xảy ra khi: Bê tông được ngâm thường xuyên trong nước. Không chịu tải trọng động. Sự co ngót đã ngừng hẳn. Không có thấm nước qua các lỗ rỗng hoặc qua khe nứt. - Hiện tượng khe nứt tự khép kín vững chắc không thể xảy ra khi: Bê tông bị khô ngắn hạn nhưng thường xuyên. Chịu ứng suất kéo tĩnh hoặc động hay ứng suất do co ngót. Vôi kết tủa thường xuyên bị trôi hoặc bị phá hoại bởi các axit hòa tan trong nước, thấm vào bê tông theo các đường mao dẫn. 4.2.2. Các phương pháp sửa chữa vết nứt 4.2.2.1. Phương pháp liên kết khe nứt bằng đinh giằng: - Hai phần bê tông bị nứt đôi có thể được liên kết lại bằng các đinh giằng thép như liên kết của kết cấu gỗ (hình 4.1). - Không nên bố trí các đinh giằng đều vuông góc khe nứt. Nên bố trí các đinh giằng theo các hướng hỗn loạn sẽ tránh được hình thành tiết diện suy yếu. Số lượng đinh giằng phải đủ để làm cho cường độ chịu kéo của khe nứt bằng cường độ của cốt thép. Số lượng và 16
đường kính của đinh giằng ở 2 đầu cần lớn hơn ở giữa. Chiều dài đinh giằng phải khác nhau để tránh tập trung ứng suất. Hình 4.1. Liên kết khe nứt bằng đinh giằng - Khe nứt được liên kết bằng đinh giằng nhưng vẫn có thể mở rộng thêm => Cần gia cường thêm cốt thép bên ngoài và phun vữa bê tông lên trên. - Mặt trong khe nứt cần gia công để chống thấm nước và cốt thép mới gia cường không bị xâm thực. 4.2.2.2. Phương pháp liên kết khe nứt đơn bằng cách kéo áp phía ngoài: - Dùng các thanh giằng kéo áp hai phần khe nứt lại với nhau. Phương pháp này có lợi hơn đinh giằng vì các đinh giằng cho phép khe nứt toác rộng thêm một chút nữa. - Nếu 2 bên mặt của kết cấu không cản trở, bố trí các thanh giằng kéo áp ở cả hai mặt, mỗi cặp thanh liên kết với nhau bằng thanh neo đặt xuyên quá kết cấu bê tông cốt thép. - Nếu chỉ có 1 bề mặt không bị cản trở, dùng bu lông neo giằng và thép góc neo giằng. - Chiều dài thanh giằng nên khác nhau và không nên vuông góc với hướng chủ yếu của khe nứt. Tránh làm tăng cường độ kéo của kết cấu trước khi xử lý xong. 4.3. Sửa chữa rò rỉ, thấm nước qua bê tông (nước thấm ra khỏi bể chứa) - Các nguyên nhân có thể gây rò rỉ: Hư hỏng 1 lớp trát. Vữa trong mạch xây không kín khít. Do co ngót gây nứt. Thành phần vật liệu. Do đầm không kỹ. - Tùy theo tình trạng hư hỏng và tốc độ rò rỉ để sử dụng các biện pháp sửa chữa khác nhau + Làm lớp trát láng phụ thêm bên trong bể chứa để thay một phần hoặc toàn bộ lớp trát cũ. + Phun vữa mặt trong hoặc ngoài tường bể. + Đắp tường đất sét không thấm nước chung quanh bể. + Làm lớp vỏ bê tông không chống thấm liên kết liền với tường bê tông cũ. - Đánh giá hiệu quả của các phương pháp trên: + Dùng lớp trát là kém hiệu quả nhất, cần đảm bảo thành phần vữa đặc chắc và bảo dưỡng tốt để tránh nứt. + Biện pháp phun vữa tốt hơn nhưng đòi hỏi kỹ thuật thi công cao. + Biện pháp đắp đất sét được kết hợp với 1 trong 2 phương án trên có hiệu quả tốt. + Biện pháp làm vỏ bê tông cốt thép dùng khi biện pháp tường đất sét không thực hiện được. 4.4. Sửa chữa bê tông chất lượng xấu Có thể sửa chữa bê tông bằng phụt vữa xi măng. - Các bước tiến hành: + Trên mặt tường đục một lỗ sâu 10 – 15 cm + Gắn các ống phụt sắt bằng vữa xi măng mau ninh kết. Các ống phụt cách nhau khoảng 60cm và đặt dốc 10-15 độ để sau này khỏi bị vữa lấp kín 17
+ Phụt vữa làm nhiều đợt sẽ giảm được lượng vữa tiêu hao, chảy phòi ra ngoài. Chờ vữa lắng đọng và đã bịt các lỗ rỗng lớn, tiếp tục phụt vữa lần tiếp theo. - Thời gian ngừng giữa các đợt phụt là 6 – 8 tiếng - Sau khi phụt xong khoảng 1-2 ngày, nên phụt lại lần thứ hai để kiểm tra - Phụt vữa từ dưới dần lên trên, khi thấy vữa xuất hiện ở ống phụt trên thì tạm ngừng bơm, bịt ống phụt dưới bằng nút gỗ và chuyển sang ống thứ hai - Nếu bê tông bị nứt sợi tóc thì lan tràn của vữa phụt chỉ độ 8 – 10cm, cả ngay khi áp lực phụt khá lớn - Nếu bề rộng của khe nứt khoảng 2-3cm, vữa xi măng lỏng với áp lực phụt 4-5atm có thể ăn sâu được vào trong kết cấu - Nếu khe nẻ hoặc đường thông lớn hơn 3mm, vữa thấm qua được kết cấu dễ dàng với áp lực phụt nhỏ, bán kính lan tràn có thể tới 30-40cm Chương 5. Chống ăn mòn cho kết cấu gia cố (1 tiết) 5.1. Tác động của môi trường ăn mòn lên kết cấu xây dựng Môi trường ăn mòn kết cấu xây dựng được chia thành 3 nhóm: - Môi trường khí: Mức độ ăn mòn phụ thuộc vào loại khí, nồng độ, nhiệt độ, độ ẩm không khí, lượng khí tiếp xúc, độ hoà tan của khí trong nước…. - Môi trường lỏng: Mức độ ăn mòn phụ thuộc vào đặc tính của môi trường (dung dịch axit, kiềm, muối, dung môi hữu cơ…), độ pH, nồng độ và nhiệt độ, lượng cặn lắng đọng, tốc độ dòng chảy… của dung dịch, dầu động - thực vật, dầu mỏ… - Môi trường rắn (đất, muối, bụi có chứa chất ăn mòn): Mức độ ăn mòn phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu, độ hoà tan, độ khuếch tán của vật liệu, độ ẩm không khí, độ ẩm vật liệu, lưu lượng không khí thay đổi… Nói chung ít có chất rắn ăn mòn trực tiếp mà phải thông qua độ ẩm không khí. Mức độ ăn mòn được cho trong các tiêu chuẩn chung và tiêu chuẩn ngành. 5.2. Các giải pháp bảo vệ - Với kết cấu BTCT có 3 dạng ăn mòn bê tông chủ yếu: + Do tác dụng của nước mềm thấm vào bê tông, hoà tan một số thành phần của cốt liệu, làm tăng độ rỗng của bê tông, dẫn đến sự giảm cường độ của bê tông. Đồng thời độ kiềm của bê tông giảm đi, kéo theo việc giảm hiệu ứng bảo vệ cốt thép dẫn đến cốt thép bị ăn mòn. + Do tác dụng của axit, kiềm, muối. Dạng ăn mòn này tiến dần từng lớp từ ngoài vào trong. + Do muối sinh ra trong phản ứng giữa chất ăn mòn với các thành phần của bê tông, hoặc do dung dịch muối từ ngoài thấm vào bê tông tạo ra tinh thể và nở thể tích, gây nội lực phá vỡ cấu trúc bê tông. - Hiện tượng ăn mòn cốt thép là một dạng đặc biệt của hiện tượng ăn mòn kim loại dưới tác dụng của môi trường ăn mòn và do ảnh hưởng qua lại của bê tông và thép. Khi lớp bê tông bảo vệ không đủ dầy, khi bê tông không đặc chắc cũng như sự xuất hiện và phát triển của vết nứt cùng với độ ẩm cao tạo điều kiện đẩy nhanh tốc độ ăn mòn cốt thép. - Với khối xây, hiện tượng ăn mòn xẩy ra đối với cả gạch đá và vữa. Vữa dùng trong khối xây thường là vữa vôi, vữa bata hoặc vữa xi măng. Vữa vôi không được dùng trong môi trường axit. Vữa xi măng có hiện tượng ăn mòn tương tự với bê tông. Đất sét làm gạch có hàm lượng oxit sắt và oxit nhôm cao và được nung tốt làm tăng khả năng chống ăn mòn. Gạch sét thông thường có độ rỗng lớn, axit ngấm vào phản ứng với oxit nhôm tạo ra loại muối hoà tan, muối này kết tinh làm nở thể tích và phá vỡ cấu trúc của gạch. Khối xây bằng bê tông chịu ăn mòn như bê tông. 18
* Xử lý chống ăn mòn: - Cần đảm bảo thời gian hoạt động liên tục của công trình hoặc chỉ ngừng với thời gian tối thiểu dẫn đến khó khăn trong thực hiện - Tẩy rửa, làm sạch bề mặt kết cấu khỏi chất ăn mòn. Có thể áp dụng các phương pháp cơ học (dùng bàn chải sắt cọ sạch, đục phá từng lớp…), hoá học (áp dụng các phản ứng trung hoà), nhiệt (áp dụng cho cấu kiện mỏng như tấm, sàn: cho nước phía trên và hun nóng ở phía dưới để nước nóng lên đến nhiệt độ 60oC, nước trong bê tông có mang theo chất ăn mòn sẽ thoát ra bề mặt). * Các giải pháp chống ăn mòn: + Giảm tác dụng của môi trường ăn mòn + Tăng cường khả năng chống ăn mòn của bản thân kết cấu (chọn thành phần tối ưu, cấp phối hợp lý, phụ gia phù hợp, tăng độ đặc chắc khi thi công) + Dùng lớp phủ bảo vệ theo yêu cầu phù hợp (có trong các tiêu chuẩn ngành) + Loại trừ dòng điện ăn mòn BM KCBTCT-GĐ Cán bộ biên soạn TS. Nguyễn Ngọc Phương Tài liệu tham khảo 1. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 356: 2005. Thiết kế kết cấu BTCT. 2. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 1991. Thiết kế kết cấu gạch đá và gạch đá có cốt thép. 3. Tiêu chuẩn TCXDVN 373-2006. 4. Nguyễn Xuân Bích. Sửa chữa và gia cố công trình xây dựng. NXB Khoa học kỹ thuật. Hà Nội 1997. 5. Vương Hách. Sổ tay xử lý công trình tập 1.2.3. 6. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Lý Trần Cường. Các giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép phần Cấu kiện cơ bản (2011) và phần Kết cấu nhà cửa (2009). 7. Lý Trần Cường. Giáo trình Kết cấu gạch đá và gạch đá có cốt thép. Hà Nội 2010. 8. Cấu tạo bê tông cốt thép. BXD 2009. 19