Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, các công trình cao tầng với tầng hầm sâu ngày càng phổ biến. Theo ước tính, nhiều công trình cao đến 70 tầng đã được xây dựng, trong đó tầng hầm đóng vai trò quan trọng không chỉ về mặt kết cấu chịu lực mà còn về khả năng chống thấm để bảo vệ thép cốt và đảm bảo độ bền vững của công trình. Tuy nhiên, hiện nay chưa có tiêu chuẩn thiết kế và thi công chống thấm tầng hầm cụ thể, dẫn đến việc thi công chống thấm chủ yếu dựa trên kinh nghiệm, gây khó khăn trong kiểm soát chất lượng và hiệu quả chống thấm chưa cao.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc điều tra, ứng dụng các công nghệ thi công chống thấm mới cho kết cấu tầng hầm công trình xây dựng, nghiên cứu vật liệu chống thấm phổ biến, đề xuất các phương án kỹ thuật và quy trình thi công chống thấm hiệu quả. Phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tầng hầm các công trình cao tầng tại Việt Nam trong giai đoạn 2014-2016, với ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng, tuổi thọ công trình và giảm thiểu chi phí sửa chữa do thấm dột gây ra.

Việc nghiên cứu này góp phần cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các nhà thiết kế, thi công và quản lý dự án trong lĩnh vực xây dựng, đồng thời thúc đẩy ứng dụng công nghệ chống thấm hiện đại, phù hợp với điều kiện khí hậu và địa chất Việt Nam, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng và độ bền của các công trình xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về tính thấm và chống thấm của bê tông cốt thép (BTCT), bao gồm:

  • Cấu trúc vĩ mô và vi mô của bê tông: Bê tông có cấu trúc phức tạp với thể tích lỗ rỗng chiếm khoảng 10-15%, trong đó tỷ lệ nước/xi măng ảnh hưởng trực tiếp đến độ đặc chắc và tính thấm của bê tông. Lỗ rỗng mao quản và các vết nứt vi mô là nguyên nhân chính gây thấm nước.

  • Nguyên lý chống thấm: Bao gồm nâng cao khả năng chống thấm của bê tông bằng phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn (microsilica, tro trấu) để giảm lỗ rỗng mao quản, đồng thời sử dụng các biện pháp chống thấm bổ sung như màng chống thấm đàn hồi, tấm chống thấm đúc sẵn bao phủ bên ngoài kết cấu.

  • Phân loại vật liệu chống thấm: Vật liệu chống thấm được phân thành vô cơ (silicat, xi măng đặc biệt) và hữu cơ (bitum, polymer), với các dạng sản phẩm khác nhau như dạng lỏng, dạng sệt, dạng rắn, và theo nguyên lý chống thấm bề mặt, toàn khối hoặc chèn lấp đầy.

  • Các phương pháp chống thấm: Chống thấm thuận (positive side), chống thấm nghịch (negative side), và chống thấm che khuất (blind side), mỗi phương pháp có ưu nhược điểm và ứng dụng phù hợp tùy theo điều kiện thi công và công trình.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp lý thuyết, khảo sát thực địa và phân tích thực nghiệm:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu từ các công trình xây dựng thực tế tại Việt Nam như PVI Tower, Viglacera Tower, Tổ hợp nhà đa năng Làng Quốc tế Thăng Long; tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 3116:1993, TCVN 5641:1991); và các sản phẩm vật liệu chống thấm phổ biến trên thị trường.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích cấu trúc bê tông, đánh giá nguyên nhân gây thấm, thử nghiệm độ chống thấm của bê tông theo tiêu chuẩn, khảo sát hiệu quả các biện pháp chống thấm qua thực tế thi công và kiểm tra không phá hoại.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2014-2016, tập trung vào khảo sát hiện trạng, thử nghiệm vật liệu và đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nguyên nhân gây thấm chủ yếu do lỗ rỗng và vết nứt trong bê tông: Độ rỗng mao quản trong bê tông có thể lên đến 10-15%, trong đó lỗ rỗng gen và khí cuốn vào chiếm tỷ lệ đáng kể. Vết nứt do co ngót, toả nhiệt, tải trọng và lún không đều là các vị trí dễ bị thấm nhất.

  2. Hiệu quả chống thấm phụ thuộc vào cấp độ bê tông và biện pháp thi công: Bảng phân cấp chống thấm theo tỷ số chiều cao mực nước ngầm và chiều dày kết cấu cho thấy cấp chống thấm cần thiết tăng từ B6 đến B20 khi tỷ số H/δ tăng. Ví dụ, công trình Viglacera Tower áp dụng bê tông mác 400B8 và các biện pháp chống thấm đồng bộ đã không xuất hiện thấm sau khi đưa vào sử dụng.

  3. Các công trình sử dụng công nghệ chống thấm cũ gặp nhiều vấn đề: Nhà máy Dệt 8/3 Hà Nội và Nhà máy phân lân Văn Điển sử dụng lớp nhựa bitum và giấy dầu ruberoit nhưng vẫn xuất hiện thấm dột, gây thiệt hại kinh tế lớn.

  4. Vật liệu chống thấm hiện đại và quy trình thi công phù hợp nâng cao hiệu quả: Sản phẩm như Intoc-04, Hysuca, Penetron, Kova, Sika được sử dụng rộng rãi với các quy trình thi công quét màng, trộn phụ gia vào bê tông và phun bơm chống thấm khe nứt. Tuy nhiên, việc thi công không đúng kỹ thuật hoặc lựa chọn vật liệu không phù hợp vẫn dẫn đến thấm cục bộ như tại công trình 8B Lê Trực.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của thấm là do cấu trúc bê tông có nhiều lỗ rỗng mao quản và các vết nứt phát sinh trong quá trình thi công và sử dụng. Việc sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính giúp giảm đáng kể lỗ rỗng mao quản, nâng cao cấp chống thấm của bê tông, đồng thời bảo vệ thép cốt khỏi ăn mòn. Các biện pháp chống thấm bổ sung như màng chống thấm tự dính, băng cản nước, gioăng cao su trương nở được chứng minh hiệu quả trong việc ngăn ngừa thấm qua mạch ngừng thi công và khe co giãn.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả cho thấy việc kết hợp nhiều biện pháp chống thấm và lựa chọn vật liệu phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới của Việt Nam là yếu tố quyết định thành công. Việc áp dụng các phương pháp kiểm tra không phá hoại và thử nghiệm tiêu chuẩn giúp đánh giá chính xác hiệu quả chống thấm, từ đó điều chỉnh quy trình thi công kịp thời.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ thấm giữa các công trình sử dụng công nghệ cũ và mới, bảng phân cấp chống thấm theo tỷ số H/δ, cũng như hình ảnh minh họa các vị trí thấm phổ biến và phương pháp thi công chống thấm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng thiết kế chống thấm đồng bộ từ giai đoạn thiết kế: Động từ hành động "thiết kế" cấp chống thấm phù hợp dựa trên tỷ số chiều cao mực nước ngầm và chiều dày kết cấu (H/δ), đảm bảo cấp chống thấm tối thiểu từ B6 đến B20 tùy điều kiện công trình. Chủ thể thực hiện là các đơn vị thiết kế, thời gian áp dụng ngay từ giai đoạn thiết kế kỹ thuật.

  2. Sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính trong bê tông để nâng cao khả năng chống thấm: Động từ "ứng dụng" phụ gia microsilica, tro trấu trong thành phần bê tông nhằm giảm lỗ rỗng mao quản, tăng độ đặc chắc. Chủ thể là nhà thầu thi công bê tông, áp dụng trong toàn bộ quá trình thi công tầng hầm.

  3. Triển khai quy trình thi công chống thấm chuẩn gồm ba bước chính: Quét hoặc trải màng chống thấm, trộn phụ gia chống thấm vào bê tông/vữa, phun bơm chất chống thấm vào khe nứt và mạch ngừng. Chủ thể là nhà thầu thi công, giám sát kỹ thuật, thực hiện trong suốt quá trình thi công.

  4. Tăng cường kiểm tra, giám sát chất lượng chống thấm bằng phương pháp không phá hoại và thử nghiệm tiêu chuẩn: Động từ "kiểm tra" và "đánh giá" chất lượng bê tông và lớp chống thấm theo TCVN 3116:1993 và TCVN 5641:1991. Chủ thể là đơn vị tư vấn giám sát và phòng thí nghiệm, thực hiện định kỳ trong và sau thi công.

  5. Đào tạo nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật và công nhân thi công về công nghệ chống thấm mới: Động từ "tổ chức" các khóa đào tạo, tập huấn kỹ thuật thi công và sử dụng vật liệu chống thấm hiện đại. Chủ thể là các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng, thực hiện liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà thiết kế và tư vấn xây dựng: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để lựa chọn cấp chống thấm, vật liệu và quy trình thi công phù hợp, giúp nâng cao chất lượng thiết kế và giảm thiểu rủi ro thấm dột.

  2. Nhà thầu thi công và giám sát công trình: Tham khảo các quy trình thi công chống thấm chuẩn, phương pháp kiểm tra không phá hoại và tiêu chuẩn thử nghiệm để đảm bảo thi công đúng kỹ thuật, nâng cao hiệu quả chống thấm.

  3. Chủ đầu tư và quản lý dự án: Hiểu rõ các nguyên nhân gây thấm, hậu quả và chi phí liên quan, từ đó có kế hoạch đầu tư hợp lý cho công tác chống thấm, giảm thiểu chi phí sửa chữa và bảo trì sau này.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về cấu trúc bê tông, vật liệu chống thấm và công nghệ thi công hiện đại, làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu và học tập chuyên ngành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao bê tông lại dễ bị thấm nước?
    Bê tông có cấu trúc gồm nhiều lỗ rỗng mao quản và vết nứt vi mô do quá trình co ngót, toả nhiệt và tải trọng. Những lỗ rỗng này tạo điều kiện cho nước thấm qua, đặc biệt khi tỷ lệ nước/xi măng cao làm tăng độ rỗng.

  2. Phụ gia khoáng hoạt tính có tác dụng gì trong chống thấm bê tông?
    Phụ gia như microsilica hoặc tro trấu giúp giảm lỗ rỗng mao quản, làm đặc chắc bê tông, từ đó giảm khả năng thấm nước và bảo vệ thép cốt khỏi ăn mòn, nâng cao độ bền lâu của công trình.

  3. Các phương pháp chống thấm nào phù hợp cho tầng hầm công trình cao tầng?
    Phương pháp chống thấm thuận (positive side) được ưu tiên cho công trình mới với không gian thi công thuận lợi. Trong trường hợp không thể thi công bên ngoài, phương pháp chống thấm nghịch hoặc che khuất được áp dụng, tuy nhiên đòi hỏi kỹ thuật cao và thiết kế chính xác.

  4. Làm thế nào để kiểm tra hiệu quả chống thấm của bê tông?
    Có thể sử dụng phương pháp thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 3116:1993 để xác định cấp chống thấm của bê tông, kết hợp kiểm tra không phá hoại như siêu âm, búa Schmidt để đánh giá chất lượng bê tông và phát hiện vết nứt, lỗ rỗng.

  5. Tại sao nhiều công trình vẫn bị thấm dù đã sử dụng vật liệu chống thấm hiện đại?
    Nguyên nhân thường do thi công không đúng quy trình, lựa chọn vật liệu không phù hợp với điều kiện công trình hoặc khí hậu, thiếu kiểm tra giám sát chất lượng, và không xử lý triệt để các vị trí dễ bị thấm như mạch ngừng, khe co giãn, đường ống xuyên sàn.

Kết luận

  • Luận văn đã làm rõ nguyên nhân gây thấm chủ yếu do cấu trúc lỗ rỗng và vết nứt trong bê tông, đồng thời phân tích các biện pháp chống thấm hiệu quả cho tầng hầm công trình xây dựng.
  • Việc nâng cao cấp chống thấm bê tông bằng phụ gia khoáng hoạt tính và áp dụng các quy trình thi công chống thấm chuẩn là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng công trình.
  • Nghiên cứu chỉ ra sự cần thiết của việc kiểm tra, giám sát chất lượng chống thấm bằng các phương pháp tiêu chuẩn và không phá hoại.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và khuyến nghị đào tạo nâng cao năng lực thi công nhằm giảm thiểu tình trạng thấm dột và chi phí sửa chữa.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng các giải pháp đề xuất trong các dự án xây dựng thực tế và tiếp tục nghiên cứu cải tiến vật liệu, công nghệ chống thấm phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Hành động ngay: Các đơn vị thiết kế, thi công và quản lý dự án cần phối hợp chặt chẽ để áp dụng các giải pháp chống thấm đồng bộ, đảm bảo chất lượng và bền vững cho các công trình xây dựng hiện đại.