Vì sao kết cấu hư hại do hỏa hoạn hiếm khi cần phá dỡ toàn bộ

Bê tông không cháy, nhưng điều đó không có nghĩa là nó thoát khỏi hỏa hoạn mà không bị hư hại. Khi kết cấu bê tông cốt thép tiếp xúc với nhiệt độ cao, ma trận bê tông bị mất nước, nứt do nhiệt và suy thoái vi cấu trúc. Thép cốt thép mất cường độ chảy và độ cứng khi nhiệt độ vượt quá 500 °C. Hiện tượng bong tróc, lan truyền vết nứt và suy giảm liên kết giữa bê tông và cốt thép càng làm giảm khả năng chịu tải.

Tuy nhiên, sụp đổ hoàn toàn do hỏa hoạn là rất hiếm. Độ dẫn nhiệt thấp của bê tông khiến phần lõi thường ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với bề mặt tiếp xúc. Các cuộc điều tra sau hỏa hoạn luôn cho thấy kết cấu hư hại do hỏa hoạn có thể được sửa chữa và phục hồi về cường độ thiết kế yêu cầu — miễn là việc đánh giá kỹ lưỡng và phương pháp sửa chữa phù hợp.

Đối với mọi người, câu hỏi thực sự không bao giờ là "chúng ta có nên phá dỡ không?" mà là "chúng ta đánh giá những gì có thể cứu được như thế nào, và hệ thống sửa chữa nào mang lại hiệu quả kết cấu tốt nhất?"

Hiểu về hư hại bê tông do hỏa hoạn: Điều gì xảy ra ở các nhiệt độ khác nhau

Điều quan trọng trong thực tế là hư hại hiếm khi đồng đều — các nút dầm-cột, mặt dưới sàn và góc cột thường chịu hư hại nghiêm trọng nhất do tiếp xúc nhiệt cao hơn và tập trung ứng suất hình học.

Đánh giá kết cấu sau hỏa hoạn: Trước khi bắt đầu sửa chữa

Không có quy cách sửa chữa nào có giá trị nếu thiếu đánh giá hư hại đáng tin cậy. Quá trình đánh giá nên theo cách tiếp cận có hệ thống, đa phương pháp.

1). kiểm tra bằng mắt và phân vùng hư hại

2). kiểm tra không phá hủy (ndt)

3). lấy mẫu lõi và xác minh trong phòng thí nghiệm

Phương pháp sửa chữa và gia cố cho kết cấu hư hại do hỏa hoạn

Sau khi hư hại được lập bản đồ và định lượng, chiến lược sửa chữa cần giải quyết hai mục tiêu: khôi phục tiết diện bị mất và khôi phục hoặc nâng cao khả năng chịu lực của kết cấu.

Khôi phục tiết diện bê tông

Đối với các cấu kiện bị bong tróc lớp bê tông bảo vệ, bước đầu tiên là loại bỏ vật liệu hư hỏng cho đến lớp bê tông nguyên vẹn. Tiếp theo là:

1. Chất kết dính hoặc lớp phủ epoxy trên cốt thép lộ ra

2. Sửa chữa vá bằng vữa biến tính polymer hoặc vữa bù co ngót

3. Ván khuôn và đổ bê tông để khôi phục tiết diện lớn

Điều này khôi phục hình học ban đầu nhưng không nhất thiết khôi phục khả năng chịu tải theo thiết kế — điều đó đòi hỏi gia cố kết cấu.

Phương pháp gia cố truyền thống: Bọc bê tông (concrete jacketing); Dán tấm thép; Căng sau (post-tensioning)

Phương pháp gia cố tiên tiến: Hệ thống polymer cốt sợi (FRP)

FRP--Ưu điểm kỹ thuật:

• Vải và tấm laminate CFRP cung cấp cường độ chịu kéo cao (thường vượt 3.000 MPa) với trọng lượng tăng thêm không đáng kể

• Dán CFRP bên ngoài khôi phục khả năng chịu uốn, cắt và dọc trục mà không làm tăng tải trọng tĩnh

• Việc bọc hạn chế bằng CFRP cải thiện đáng kể độ dẻo và khả năng biến dạng của cột hư hại do hỏa hoạn — nghiên cứu cho thấy khả năng chịu tải tăng 38–78% tùy thuộc mức độ hư hại và cấu hình bọc

• Hệ thống CFRP bắc cầu và ngăn chặn hiệu quả các vi nứt do hỏa hoạn, khôi phục tính liên tục của kết cấu

Cân nhắc cho sửa chữa CFRP sau hỏa hoạn

Điều kiện tải trọng trong quá trình sửa chữa

Kết cấu hư hại do hỏa hoạn có thể vẫn chịu tải một phần. Khác với dán tấm thép hoặc bọc bê tông, gia cố CFRP có thể được thi công với chống đỡ tối thiểu vì vải nhẹ chỉ thêm tải trọng tĩnh không đáng kể. Đây là lợi thế đáng kể khi tòa nhà phải duy trì khả năng tiếp cận hoặc khi không thể phá dỡ các cấu kiện lân cận.

Giới hạn nhiệt độ của CFRP

Nhựa CFRP có nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) thường trong khoảng 65–85 °C. Mặc dù đủ cho điều kiện phục vụ bình thường, hệ thống CFRP dùng trong môi trường dễ cháy phải được bảo vệ bằng lớp phủ chống cháy. Lớp phủ trương nở (intumescent) giãn nở khi gặp nhiệt để tạo lớp than cách nhiệt, trong khi lớp phủ gốc xi măng tạo rào cản nhiệt vật lý. Bản thân hệ CFRP không phải là mối nguy cháy — nó chỉ cần bảo vệ chống cháy thụ động (PFP) để duy trì đóng góp kết cấu trong một sự cố hỏa hoạn trong tương lai.

Kiểm soát chất lượng và nghiệm thu

Việc kiểm tra sau khi lắp đặt gia cố CFRP nên bao gồm:

1. Kiểm tra bằng mắt xác nhận sợi được thấm ướt hoàn toàn và không có lỗ rỗng hay điểm khô

2. Thử nghiệm độ bám dính (pull-off) để xác nhận cường độ liên kết với nền bê tông

3. Ghi chép hướng xếp lớp, chiều dài chồng lấn và số lớp

Đối với các cấu kiện kết cấu quan trọng, việc kiểm tra của bên thứ ba trong và sau khi lắp đặt mang lại sự tin tưởng rằng việc sửa chữa đáp ứng ý đồ thiết kế kỹ thuật.