Gia cố cột

Tổng quan dự án

Tòa nhà văn phòng tại thành phố Hình Đài, tỉnh Hà Bắc, dài 68m, rộng 16m, diện tích xây dựng khoảng 8900m2, một tầng hầm, bảy tầng nổi, kết cấu khung và móng bè. Được đầu tư xây dựng năm 1980 và đưa vào sử dụng năm sau. Khi cải tạo cuối năm 2006, phát hiện giữa tầng 2 và tầng 3 của tòa nhà có ba trụ giữa bị nứt ở chân trụ. Bê tông ở chân trụ bị bong tróc nghiêm trọng, các thanh dọc bị ăn mòn lộ rõ. Sau đó, Trung tâm Kiểm định Chất lượng Công trình Xây dựng đã tiến hành kiểm tra, giám định. Phát hiện ba trụ trung tâm nói trên của tòa nhà có vết nứt thẳng đứng, cách chân trụ khoảng 1m. Độ rộng vết nứt lớn nhất là 2,5mm. Cốt thép chính và cốt thép đai bị ăn mòn nghiêm trọng, dẫn đến diện tích hiệu dụng của các thanh cốt thép ban đầu bị giảm, bê tông ở chân cột bị bong tróc nghiêm trọng, làm giảm tiết diện cột ở các mức độ khác nhau. Ngoài ra, một số dầm khung cũng xuất hiện các vết nứt nghiêm trọng, tất cả đều cần được gia cố. Bài viết này chỉ giới thiệu về cốt thép cột.

Phương pháp gia cố 

Hiện nay, các phương pháp phổ biến có thể được sử dụng để gia cố cột bê tông cốt thép là phương pháp mở rộng tiết diện cột, phương pháp bọc thép và phương pháp bọc FRP. Phương pháp bọc thép hiệu quả hơn phương pháp mở rộng tiết diện bê tông cốt thép, vì phương pháp mở rộng tiết diện làm tăng trọng lượng kết cấu và kích thước tiết diện. Cả hai phương pháp này đều đòi hỏi nhiều nhân công hơn và việc thi công tại công trường đôi khi gặp khó khăn. Ngoài việc thép nặng hơn, lớp vỏ thép bên ngoài cũng kém khả năng chống xói mòn do môi trường khắc nghiệt.

Trong những năm gần đây, việc sử dụng vật liệu FRP để gia cố cột bê tông cốt thép đã trở thành một phương pháp gia cố mới thay thế cho thép bọc ngoài, và ngày càng được sử dụng rộng rãi. Phương pháp này có ưu điểm là cường độ cao, hiệu quả cao, thi công thuận tiện, độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt, độ dày mỏng và trọng lượng nhẹ. Trong số đó, hình thức phổ biến nhất của cột bọc FRP là vải sợi hoặc dải liên kết ngoài. Dự án này lựa chọn gia cố cột bằng phương pháp bọc FRP.

Có một số quy trình khác nhau để sử dụng vật liệu FRP để gia cố cột bê tông cốt thép. Theo quy trình đúc, các phương pháp gia cố có thể được chia thành ba loại: liên kết ướt, quấn sợi liên tục và phương pháp vỏ đúc sẵn. Trong số đó, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp liên kết ướt, có những ưu điểm nổi bật như tính linh hoạt và dễ vận hành tại hiện trường. Ví dụ này chọn phương pháp này. Một tấm vải sợi đơn hướng được sử dụng để bọc bề mặt của cột bằng keo dán tẩm nhựa sao cho hướng của sợi chính dọc theo hướng chu vi của cột. Cột có thể được bọc hoàn toàn bằng một lớp hoặc nhiều lớp vải sợi, hoặc có thể được bọc một phần bằng vải sợi tạo thành các vòng xoắn ốc liên tục hoặc các vòng cách nhau. Dự án này chọn vải sợi carbon để bọc hoàn toàn và gia cố.

Thiết kế gia cố

1 Giả định cơ bản

1) Giả định tiết diện phẳng;

2) Không có sự trượt giữa vải sợi carbon và bê tông, và không xảy ra hư hỏng bong tróc;

3) Vải sợi carbon có mối quan hệ ứng suất-biến dạng đàn hồi tuyến tính, và chỉ có thể chịu lực kéo.

2 Số lớp vải sợi carbon đơn hướng

Trong trường hợp này, cần quấn và dán 3 lớp vải sợi carbon đơn hướng dọc theo toàn bộ chiều cao của cột. Khi dán, mỗi lớp vải sợi carbon cần được khâu và dán so le.

Những điểm chính của quy trình thi công FRP

1) Nhặt bê tông rời, loại bỏ gỉ sét trên cốt thép và đổ bê tông cường độ cao. Đầu tiên, dùng tay nhấc bê tông rời của cột cốt thép. Không dùng lực quá mạnh để phá hủy bê tông đặc. Các bộ phận cốt thép chính và cốt thép đai bị ăn mòn cần được tẩy gỉ sét để lộ ra lớp kim loại sáng bóng, sửa chữa cốt thép và sơn epoxy. Sau đó, đổ bê tông cường độ cao bằng vữa, rung và đầm chặt.

2) Vữa chèn khe nứt sử dụng vữa áp lực hóa học để trám các vết nứt trên bề mặt cột. Đầu tiên, các vết nứt được bịt kín bằng vữa epoxy để tạo thành một vòng khép kín, sau đó đặt vòi phun vữa vào và thực hiện bơm vữa áp lực thông qua vòi phun để bịt kín các vết nứt.

3) Thay đổi hình dạng mặt cắt ngang của cột hình chữ nhật. Các góc của cột ban đầu được vát cạnh, và sử dụng vữa xi măng nở để san phẳng và sửa chữa.

4) Xử lý bề mặt: Mài bề mặt bê tông cột bằng đá mài để loại bỏ lớp bong tróc và vết dầu mỡ trên bề mặt cho đến khi giao diện bê tông mới lộ ra hoàn toàn, và loại bỏ bụi bẩn nổi trên bề mặt bằng khí nén. Sau khi làm ướt, trét vữa xi măng nở thành hình bầu dục.

5) Quét nhựa nền và trộn đều theo hướng dẫn sử dụng, sau đó dùng cọ lăn để trét đều lên bề mặt bê tông của cột.

6) Dán vải sợi carbon: Sau khi trải đều keo kết cấu, nhanh chóng dán vải sợi carbon đã cắt vào vị trí, đồng thời loại bỏ bọt khí để vải sợi carbon bám chặt vào bề mặt bê tông. Cần cẩn thận để đảm bảo mối nối chắc chắn, nếu không sẽ không phát huy hết được độ bền của vải sợi carbon. Khi dán, mỗi lớp vải sợi carbon nên được dán theo đường khâu so le.

7) Xử lý bề mặt và dán trong ít nhất 8 giờ, sau đó quét một lớp nhựa nền lên bề mặt vải sợi carbon và làm khô bằng vữa xi măng làm lớp bề mặt.

Kết luận

Công trình đã hoàn thành thi công cốt thép vào tháng 9 năm 2007. Sau hơn một năm sử dụng, không có bất thường nào ở phần cốt thép, cho thấy việc sử dụng lớp bọc FRP cho cột bê tông để gia cố cốt thép là rất hiệu quả.