Các ứng dụng của công nghệ bê tông tính năng siêu cao UHPC

Đăng lúc 26/12/2018

Việc nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ bê tông tính năng siêu cao UHPC đã tạo ra một bước tiến lớn đối với ngành Xây dựng nói riêng và công nghệ bê tông của Việt Nam nói chung. Trong Hội nghị Thường niên do Hiệp hội Bê tông tổ chức tại Tuyên Quang vào ngày 23.11.2018 vừa qua, với Hội thảo khoa học “Công nghệ Bê tông tiên tiến và Bê tông siêu tính năng (UHPC) trong xây dựng”, các nhà khoa học đã trình bày rất nhiều ưu điểm mà Bê tông siêu tính năng (UHPC) mang lại.

 

Bê tông tính năng cao (Ultra-high performance concrete hay viết tắt là UHPC) là loại bê tông thế hệ mới với nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với các loại bê tông truyền thống xét về mặt cường độ cũng như độ bền. UHPC đã được nghiên cứu và phát triển cũng như ứng dụng trên khắp thế giới hơn 40 năm tính đến thời điểm hiện tại. Mỗi quốc gia, châu lục khác nhau có quan điểm định nghĩa về UHPC khác nhau. UHPC là một loại vật liệu bê tông composite gốc xi măng được tối ưu hóa các thành phần hạt cốt liệu với tỉ lệ nước/xi măng nhỏ hơn 1.25 dẫn đến sự giảm thiểu lỗ rỗng và làm mật độ  phân bố của các vi cấu trúc trở nên dày đặc, đồng thời sử dụng hàm lượng cốt sợi phân tán để tăng tính dẻo khi chịu kéo uốn. Trên cơ sở đó, UHPC có thể đạt được những tính năng vượt trội so với bê tông thông thường. Đặc tính cơ học cơ bản nhất của UHPC bao gồm cường độ chịu nén lớn hơn 150 MPa, cường độ chịu kéo trực tiếp sau nứt lớn hơn 5Mpa. Ngoài ra UHPC còn được đặc trưng bởi độ cứng và độ bền cực kỳ cao.

Đây là bê tông có cường độ cực cao và độ dẻo dai lớn với cường độ nén lên đến 200 MPa, cường độ kéo khi uốn đến 40 MPa; cốt liệu của UHPC nhỏ hơn 0,6 mm để hạn chế việc sinh ra các vết nứt ở vùng truyền giữa bề mặt xi măng và cốt liệu do sự khác biệt về nhiệt độ trong quá trình đóng rắn của bê tông. Trên cơ sở nghiên cứu, làm chủ công nghệ này, các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (IBST) đã chế tạo thành công phiến dầm cầu bê tông ứng suất trước tính năng siêu cao. Kết quả thử tải cho thấy, phiến dầm cầu cấp tải gấp 10 lần tải trọng phân bố 1025 kg/m2, tức là gấp 3,5 lần tải thiết kế mà không xuất hiện vết nứt; tỷ lệ võng so với chiều dài dầm khoảng 1/290L, đảm bảo yêu cầu thiết kế.

Với những ưu điểm như đã đề cập, UHPC đã được sự quan tâm của giới khoa học xây dựng trên toàn thế giới. Nhiều công trình sử dụng các cấu kiện chế tạo từ UHPC đã được thử nghiệm và cho thấy UHPC có thể: Giảm được tiết diện, kích thước kết cấu; Tăng rất nhiều khả năng chịu lực; Mang lại kiến trúc đẹp và đặc biệt cho kết cấu; Rất phù hợp với các kết cấu đúc sẵn, thi công lắp đặt nhanh; Kiểm soát tốt được chất lượng kết cấu; Có thể tạo ra được những kết cấu có tính đột phá mới và sáng tạo; Giảm được tổng mức đầu tư xây dựng công trình.

Ứng dụng trong xây dựng cầu dân sinh

Hiện tại, ứng dụng UHPC đã được nghiên cứu ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực như ứng dụng trong xây dựng giao thông, tiến hành thi công các cây cầu, ứng dụng của vật liệu UHPC để chế tạo dầm cầu...

Và đặc biệt là UHPC có sức kháng cực kỳ cao khi chịu tác động của các yếu tố như xâm thực từ môi trường và thời tiết, nước biển mặn, khí gas, chất lỏng, đóng băng và tan băng hơn rất nhiều so với bê tông thông thường NSC và HSC bởi cấu trúc đặc sít và vùng chuyển tiếp giữa các cốt liệu, các lỗ rỗng như trong bê tông thường đã được lấp đầy bằng các hạt mịn. Vì thế mà UHPC đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều ở các nước phát triển như Đức, Anh… để xây dựng các cầu dân sinh cải thiện đời sống dân sinh.  Tại Việt nam, việc xây dựng thành công cầu nông thôn theo công nghệ UHPC với một phần kinh phí xã hội hóa là mô hình có thể nhân rộng cho các địa phương. Và trong thời gian tới cần tiếp tục đưa công nghệ UHPC của IBST vào ứng dụng trong xây dựng các công trình cầu tương tự ở các địa phương khác trên cả nước.

Ứng dụng trong trí nội ngoại thất

Theo TS Lê Hoàng An, ở các nước tiên tiến bê tông chất lượng cao UHPC với độ dày phù hợp đã được ứng dụng để chế tạo thuyền đi trên biển với rất nhiều tính năng vượt trội hơn chất liệu thông thường đang chế tạo thuyền như hạ giá thành sản xuất, độ bền tăng, chống vỡ khi gặp vật cản, chống bom đạn tốt, chống han rỉ…Đây là ứng dụng còn khá mới tuy nhiên rất cần thiết với cuộc sống của người dân Miền Tây Nam Bộ tại Việt Nam do địa hình trong đó nhiều kênh rạch và nước nhiễm mặn nhiều….

Thậm chí với nhiều nghiên cứu khoa học UHPC đến nay còn có cả ứng dụng façade và nội ngoại thất. Ứng dụng làm kết cấu mặt dựng đúc sẵn façade, cầu thang đúc sẵn, các nhịp cầu đúc sẵn, các cấu kiện trang trí nội ngoại thất kiến trúc tạo vẻ đẹp độc đáo hoặc sáng tạo của kiến trúc sư trong các tòa nhà văn phòng, khách sạn, khu dân cư, công viên, vì UHPC đảm bảo được độ bền theo thời gian và vật liệu UHPC có sức kháng cự tốt với các tác nhân phá hoại đến từ yếu tố thời tiết, nhiệt độ, môi trường, đồng thời cấu kiện từ UHPC có chiều dày rất nhỏ. Ví dụ như độ dày của cầu thang UHPC là 29mm.

Thậm chí, với những nền khoa học phát triển, UHPC với sức kháng cơ học và hóa học cao, độ sít đặc cao cho nên đã được áp dụng chế tạo trong nhiều cấu kiện đúc sẵn như: Cống thoát nước thải với mô đun chiều cao 1.1m, dày 5cm, ứng dụng đúc sẵn neo biển, nắp cống thoát nước thay nắp cống gang….

Mặt sàn bê tông

Đến nay, thông qua Hội Bê Tông Việt Nam, các nghiên cứu khoa học tiên tiến trên thế giới đã được thử nghiệm và ứng dụng tới các nhà máy sản xuất bê tông tại Việt Nam. Như Nhà máy Bê tông Thành Hưng tại TP. Tuyên Quang đã ứng dụng công nghệ bê tông chất lượng siêu cao UHPC để đúc sẵn cầu dân sinh, mỏ neo, nắp hố tại sân golf….

Thanh Hà