Nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép thường, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi

• Tác giả: Trần Đăng Khoa
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Anh Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Mối Nối Ống Bơm Vữa Mác Cao Cho Dầm Bê Tông Cốt Thép
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về sử dụng mối nối ống bơm vữa Splice sleeve
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước mối nối ống bơm vữa Splice sleeve
• 1.3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi đề tài nghiên cứu
• 1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÁC LOẠI MỐI NỐI
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Các loại mối nối cốt thép thường
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ THÍ NGHIỆM
• 3.1. Giới thiệu chung
• 3.2. Dầm thí nghiệm và vật liệu
• 3.2.1. Dầm thí nghiệm
• 3.2.2. Các loại vật liệu
• 3.2.3. Chọn cấp phối vữa cao rót
• 3.3. Thi công mối nối ren và mối nối ống nối vữa cường độ cao
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
• 4.1. Thí nghiệm khả năng chịu lực của thanh đối chứng
• 4.2. Mối nối thanh cốt thép sử dụng ống ren
• 4.3. Mối nối thanh cốt thép sử dụng ống nối bơm vữa cường độ cao
• 4.4. Kết quả thí nghiệm mẫu khối vuông
• 4.5. Kết quả thí nghiệm mẫu dầm về mối quan hệ lực và biến dạng
• 4.6. Kết quả thí nghiệm với mô hình vết nứt
• 4.7. Cơ chế phá hủy của dầm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan

Nghiên cứu về mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép đã trở thành một chủ đề quan trọng trong ngành xây dựng. Kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) hiện nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xây dựng dân dụng, giao thông và hạ tầng kỹ thuật. Theo thống kê, hơn 70% công trình xây dựng tại Việt Nam sử dụng kết cấu BTCT. Mặc dù có nhiều ưu điểm như khả năng chịu lực lớn và độ bền cao, BTCT cũng gặp phải một số hạn chế như thời gian thi công lâu và trọng lượng nặng. Việc nối các thanh cốt thép là cần thiết để đảm bảo chiều dài của kết cấu, và có nhiều phương pháp nối khác nhau như nối chồng, hàn, hay sử dụng ống nối phun vữa cường độ cao. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho công trình.

1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Mối nối ống bơm vữa Splice sleeve được phát minh vào cuối những năm 1960 và đã được áp dụng rộng rãi tại Nhật Bản và Bắc Mỹ. Nghiên cứu cho thấy mối nối này có khả năng chịu lực tốt và được khuyến nghị cho các công trình xây dựng cao tầng. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rằng mối nối ống bơm vữa có thể đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe trong xây dựng. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng mối nối này có thể giảm thiểu sự dịch chuyển và tăng cường khả năng chịu lực cho các kết cấu bê tông cốt thép. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng việc sử dụng mối nối này trong các khu vực có địa chấn cao cần được xem xét kỹ lưỡng.

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, việc áp dụng mối nối ống bơm vữa vẫn còn gặp nhiều khó khăn do tay nghề của công nhân chưa cao và độ chính xác trong thi công chưa đảm bảo. Một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc cải tiến ống nối vữa cường độ cao từ nguyên liệu địa phương có thể giúp giảm chi phí và tăng tính khả thi trong ứng dụng thực tế. Các nghiên cứu của Nguyễn Đình Hùng và các cộng sự đã chỉ ra rằng việc sử dụng ống nối vữa cường độ cao có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu lực của các kết cấu bê tông cốt thép. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc áp dụng công nghệ hiện đại trong xây dựng tại Việt Nam.

II. Cơ sở lý thuyết về các loại mối nối

Mối nối cốt thép là một phần quan trọng trong kết cấu bê tông cốt thép. Có nhiều loại mối nối khác nhau, mỗi loại có những đặc điểm và ứng dụng riêng. Mối nối truyền thống như nối chồng và hàn thường gặp khó khăn trong việc đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực. Trong khi đó, mối nối ống bơm vữa cường độ cao đã được chứng minh là có khả năng truyền lực tốt hơn và giảm thiểu sự tập trung ứng suất tại các điểm nối. Nghiên cứu cho thấy rằng mối nối này không chỉ giúp tăng cường độ bền mà còn giảm thiểu khối lượng cốt thép cần thiết trong một mặt cắt. Việc áp dụng mối nối này trong thực tế xây dựng có thể giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thi công.

2.1. Các loại mối nối cốt thép thường

Các loại mối nối cốt thép thường bao gồm nối chồng, hàn và sử dụng ống nối. Mỗi loại mối nối đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Nối chồng thường dễ thực hiện nhưng có thể tạo ra các điểm yếu trong kết cấu. Hàn có thể tạo ra mối nối chắc chắn nhưng yêu cầu kỹ thuật cao và có thể gây ra biến dạng trong quá trình thi công. Trong khi đó, mối nối ống bơm vữa cường độ cao cho phép truyền lực đồng đều và giảm thiểu sự tập trung ứng suất, từ đó nâng cao khả năng chịu lực của kết cấu.

2.2. Ưu điểm của mối nối ống bơm vữa

Mối nối ống bơm vữa cường độ cao có nhiều ưu điểm nổi bật. Đầu tiên, nó giúp giảm thiểu khối lượng cốt thép cần thiết, từ đó tiết kiệm chi phí. Thứ hai, mối nối này cho phép truyền lực đồng đều, giúp tăng cường độ bền cho kết cấu. Cuối cùng, việc thi công mối nối này cũng đơn giản hơn so với các phương pháp truyền thống, giúp rút ngắn thời gian thi công. Những ưu điểm này khiến mối nối ống bơm vữa trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các công trình xây dựng hiện đại.

III. Nguyên vật liệu và thí nghiệm

Nghiên cứu này sử dụng các loại vật liệu chất lượng cao để chế tạo các mẫu dầm thí nghiệm. Các mẫu dầm được thiết kế với kích thước tiêu chuẩn và sử dụng cốt thép có độ bền cao. Vữa cường độ cao được chọn lựa kỹ lưỡng để đảm bảo khả năng chịu lực tốt nhất cho mối nối. Quá trình thi công mối nối cũng được thực hiện theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng. Các thí nghiệm được tiến hành để đánh giá khả năng chịu lực của các mẫu dầm, từ đó rút ra những kết luận quan trọng về hiệu quả của mối nối ống bơm vữa.

3.1. Dầm thí nghiệm và vật liệu

Các mẫu dầm thí nghiệm được chế tạo với kích thước 200×300×3300 mm, sử dụng cốt thép D16 và D12. Vật liệu vữa được chọn là loại có cường độ cao, đảm bảo khả năng chịu lực tốt nhất cho mối nối. Việc lựa chọn vật liệu chất lượng cao là rất quan trọng để đảm bảo kết quả thí nghiệm chính xác và đáng tin cậy.

3.2. Thi công mối nối

Quá trình thi công mối nối ống bơm vữa được thực hiện theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Các bước thi công bao gồm lắp đặt cốt thép, định vị ống bơm vữa và đổ vữa vào ống. Việc thực hiện đúng quy trình thi công sẽ đảm bảo chất lượng mối nối và khả năng chịu lực của dầm. Các thí nghiệm được tiến hành sau 28 ngày để đánh giá khả năng chịu lực của các mẫu dầm, từ đó đưa ra những kết luận quan trọng về hiệu quả của mối nối ống bơm vữa.

IV. Kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy mối nối ống bơm vữa cường độ cao có khả năng chịu lực tốt hơn so với các phương pháp nối truyền thống. Các mẫu dầm được nối bằng ống bơm vữa cho thấy độ bền cao và khả năng chịu tải tốt. Kết quả này khẳng định tính hiệu quả của mối nối ống bơm vữa trong việc nâng cao khả năng chịu lực của kết cấu bê tông cốt thép. Những phát hiện này có thể được áp dụng trong thực tế xây dựng, giúp cải thiện chất lượng và độ bền của các công trình.

4.1. Thí nghiệm khả năng chịu lực

Các mẫu dầm được thí nghiệm khả năng chịu lực cho thấy mối nối ống bơm vữa có khả năng chịu tải tốt hơn so với các mẫu đối chứng. Kết quả cho thấy rằng mối nối này không chỉ giúp tăng cường độ bền mà còn giảm thiểu sự tập trung ứng suất tại các điểm nối. Điều này cho thấy mối nối ống bơm vữa là một giải pháp hiệu quả cho các kết cấu bê tông cốt thép.

4.2. Kết quả thí nghiệm mẫu khối vuông

Kết quả thí nghiệm mẫu khối vuông cho thấy mối nối ống bơm vữa có khả năng chịu lực tốt và độ bền cao. Các mẫu dầm nối bằng ống bơm vữa cho thấy khả năng chịu tải vượt trội so với các mẫu đối chứng. Điều này khẳng định tính hiệu quả của mối nối ống bơm vữa trong việc nâng cao khả năng chịu lực của kết cấu bê tông cốt thép.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) hiện chiếm hơn 70% tổng số công trình xây dựng tại Việt Nam, bao gồm nhà ở, cầu đường, nhà xưởng công nghiệp và các công trình hạ tầng kỹ thuật. BTCT nổi bật với khả năng chịu lực lớn, độ bền cao, dễ tạo hình và giá thành hợp lý. Tuy nhiên, việc nối các thanh cốt thép trong thi công vẫn là thách thức do chiều dài thanh thép sản xuất giới hạn, không đủ dài cho kết cấu công trình. Việc nối thép truyền thống như nối chồng, hàn hoặc buộc dây thép tồn tại nhiều hạn chế như lãng phí vật liệu, truyền lực không đồng tâm và thời gian thi công kéo dài.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng xử của các loại mối nối khác nhau trong dầm BTCT thường, đặc biệt là mối nối ống bơm vữa cường độ cao do nhóm nghiên cứu trong nước phát triển. Mục tiêu chính là đánh giá khả năng chịu lực, biến dạng và cơ chế phá hủy của dầm có mối nối ống bơm vữa so với các loại mối nối truyền thống như nối buộc và nối ren. Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trên 6 mẫu dầm kích thước 200×300×3300 mm, với các loại mối nối khác nhau, thử nghiệm uốn bốn điểm sau 28 ngày bảo dưỡng.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dầm BTCT thường tại Việt Nam, sử dụng vật liệu địa phương và thiết bị thí nghiệm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng mối nối ống bơm vữa cường độ cao, góp phần nâng cao hiệu quả thi công, giảm chi phí và cải thiện chất lượng kết cấu BTCT trong xây dựng dân dụng và công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình về truyền lực trong mối nối cốt thép, bao gồm:

• Lý thuyết truyền lực qua mối nối: Phân loại mối nối thành ba loại chính dựa trên cơ chế truyền lực: truyền lực qua lực dính bám giữa thép và bê tông (mối nối chồng), truyền lực một phần qua đai ốc và lực dính bám (mối nối buộc có xiết ốc), và truyền lực hoàn toàn qua mối nối cơ khí như ống nối ren hoặc ống bơm vữa.

• Mô hình ứng xử cơ học của mối nối ống bơm vữa: Mô hình vật liệu bao gồm thép, vữa cường độ cao và ống nối, với cơ chế dính bám giữa vữa và thép được mô phỏng bằng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEA). Mô hình này giúp dự đoán biến dạng trượt và ứng suất trong mối nối.

• Khái niệm về cơ chế phá hủy dầm BTCT: Phân tích các dạng phá hủy như đứt thanh thép, tuột ren, tuột vữa và phá hủy bê tông vùng chịu nén, từ đó đánh giá tính dẻo và độ bền của kết cấu.

Các khái niệm chính bao gồm: mối nối chồng, mối nối ren, mối nối ống bơm vữa cường độ cao, lực tới hạn, biến dạng dẻo, và cơ chế truyền lực đúng tâm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích lý thuyết:

• Nguồn dữ liệu: 6 mẫu dầm BTCT kích thước 200×300×3300 mm được chế tạo với các loại mối nối khác nhau: dầm đối chứng không nối (K0), nối buộc (KB1), nối ống bơm vữa cường độ cao (KO1, KO2), nối ống ren (KR1, KR2).

• Phương pháp phân tích: Thí nghiệm uốn bốn điểm được tiến hành sau 28 ngày bảo dưỡng để đo lực tới hạn, biến dạng, và quan sát cơ chế phá hủy. Thí nghiệm kéo mẫu mối nối thép được thực hiện để đánh giá lực giới hạn dẻo và lực tới hạn của từng loại mối nối.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình chế tạo mối nối ống bơm vữa được thực hiện trước 1 tuần, sau đó lắp đặt và đổ bê tông dầm. Thí nghiệm kéo mẫu mối nối và thí nghiệm uốn dầm được tiến hành sau 28 ngày bảo dưỡng trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

• Cỡ mẫu: Mỗi loại mối nối được thử nghiệm ít nhất 2 mẫu để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy số liệu.

• Lý do lựa chọn phương pháp: Thí nghiệm uốn bốn điểm là phương pháp tiêu chuẩn để đánh giá khả năng chịu lực và biến dạng của dầm BTCT. Thí nghiệm kéo mẫu mối nối giúp xác định đặc tính cơ học của từng loại mối nối thép.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng chịu lực của mối nối ống bơm vữa cường độ cao: Mẫu dầm sử dụng mối nối ống bơm vữa đạt lực tới hạn trung bình khoảng 97,89 kN (mẫu đứt thanh thép) và 92,71 kN (mẫu tuột vữa), tương đương 94,7% lực tới hạn của dầm đối chứng (111 kN). Lực giới hạn dẻo trung bình đạt 68,5 kN, gần bằng lực giới hạn dẻo của thanh thép đối chứng (68 kN).

2. Hiệu suất mối nối ống ren: Mối nối ống ren với bước ren 1,5 mm và 2 mm có lực tới hạn trung bình 98,57 kN, giảm khoảng 4,3% so với thanh thép đối chứng. Biến dạng tại lực tới hạn giảm đáng kể (trung bình 41,15 mm so với 103,94 mm của đối chứng), cho thấy phá hủy dòn hơn.

3. Mối nối buộc truyền thống: Dầm nối buộc (KB1) có lực tới hạn tương đương dầm đối chứng (103 kN so với 111 kN), tuy nhiên độ cứng và biến dạng có phần thấp hơn, phản ánh sự ảnh hưởng của phương pháp nối truyền thống.

4. Cơ chế phá hủy dầm: Tất cả các dầm thí nghiệm đều bị phá hủy do bê tông vùng chịu nén, không xảy ra phá hủy tại mối nối thép, chứng tỏ mối nối ống bơm vữa và ống ren có khả năng truyền lực đúng tâm và đảm bảo tính liên tục của cốt thép.

Thảo luận kết quả

Kết quả thí nghiệm cho thấy mối nối ống bơm vữa cường độ cao có hiệu suất chịu lực tương đương với mối nối ren và gần bằng dầm đối chứng không nối, đồng thời đảm bảo cơ chế truyền lực đúng tâm, giảm thiểu hiện tượng lệch tâm và lãng phí vật liệu. Biến dạng dẻo của dầm sử dụng mối nối ống bơm vữa cũng tương đương với dầm đối chứng, cho thấy tính dẻo và khả năng chịu tải vượt tải tốt.

Mối nối ống ren tuy có lực tới hạn gần tương đương nhưng biến dạng dẻo thấp hơn, phản ánh tính dòn trong phá hủy, có thể do ảnh hưởng của quá trình tạo ren làm thay đổi tính chất cơ học của thép. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy mối nối ren có thể gây phá hủy dòn nếu không được kiểm soát kỹ thuật.

Mối nối buộc truyền thống tuy đơn giản và chi phí thấp nhưng có độ cứng và khả năng chịu lực kém hơn, đồng thời yêu cầu chiều dài nối lớn gây lãng phí vật liệu và khó thi công với thép đường kính lớn.

Kết quả cũng cho thấy việc thi công mối nối ống bơm vữa cần được thực hiện cẩn thận để tránh hiện tượng tuột vữa, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực. Việc sử dụng vật liệu vữa cường độ cao từ nguồn địa phương giúp giảm chi phí và tăng tính khả thi trong ứng dụng thực tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ lực - biến dạng và bảng so sánh tải phá hoại của các dầm, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt về hiệu suất giữa các loại mối nối.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mối nối ống bơm vữa cường độ cao trong thi công dầm BTCT: Khuyến khích sử dụng mối nối này cho các công trình dân dụng và công nghiệp nhằm nâng cao hiệu quả truyền lực, giảm chiều dài nối và tiết kiệm vật liệu. Thời gian áp dụng trong vòng 1-2 năm, chủ thể thực hiện là các nhà thầu xây dựng và đơn vị thiết kế kết cấu.

2. Đào tạo kỹ thuật thi công mối nối ống bơm vữa: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho công nhân và kỹ sư thi công để đảm bảo chất lượng mối nối, tránh hiện tượng tuột vữa. Thời gian triển khai trong 6 tháng, chủ thể là các trường đào tạo nghề và doanh nghiệp xây dựng.

3. Nghiên cứu hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật cho mối nối ống bơm vữa: Đề xuất xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình kiểm tra chất lượng mối nối phù hợp với điều kiện Việt Nam, nhằm tạo cơ sở pháp lý và kỹ thuật cho việc áp dụng rộng rãi. Thời gian thực hiện 1-3 năm, chủ thể là các viện nghiên cứu và cơ quan quản lý nhà nước.

4. Khuyến khích sử dụng vật liệu địa phương cho vữa cường độ cao: Tận dụng nguồn tro bay và phụ gia khoáng vật trong nước để sản xuất vữa cường độ cao, giảm chi phí và tác động môi trường. Chủ thể thực hiện là các nhà sản xuất vật liệu xây dựng và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lựa chọn loại mối nối phù hợp, tối ưu hóa thiết kế dầm BTCT, đảm bảo an toàn và tiết kiệm vật liệu.

2. Nhà thầu xây dựng: Áp dụng phương pháp thi công mối nối ống bơm vữa cường độ cao nhằm nâng cao chất lượng công trình, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí nhân công.

3. Viện nghiên cứu và trường đại học: Tham khảo để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về mối nối cốt thép, vật liệu mới và công nghệ thi công hiện đại.

4. Cơ quan quản lý và ban quản lý dự án: Dùng làm tài liệu tham khảo trong việc ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật, quy định thi công và đánh giá chất lượng công trình xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Mối nối ống bơm vữa cường độ cao có ưu điểm gì so với mối nối truyền thống?
   Mối nối ống bơm vữa truyền lực đúng tâm, giảm chiều dài nối, tăng tính dẻo và khả năng chịu lực tương đương mối nối ren, đồng thời thi công đơn giản hơn và phù hợp với kết cấu lắp ghép.

2. Có những rủi ro nào khi thi công mối nối ống bơm vữa?
   Rủi ro chính là hiện tượng tuột vữa do kỹ thuật thi công chưa chuẩn, ảnh hưởng đến khả năng truyền lực. Do đó, cần đào tạo kỹ thuật và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.

3. Mối nối ống ren có phù hợp cho các kết cấu chịu tải lớn không?
   Mối nối ống ren có lực tới hạn gần tương đương thép đối chứng nhưng biến dạng dẻo thấp hơn, có thể gây phá hủy dòn nếu vượt tải. Cần cân nhắc kỹ thuật và điều kiện sử dụng.

4. Vật liệu vữa cường độ cao được sử dụng trong nghiên cứu có nguồn gốc như thế nào?
   Vữa được chế tạo từ xi măng PCB40, cát, tro bay từ nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân và phụ gia siêu dẻo, tận dụng nguồn vật liệu địa phương, giảm chi phí và tác động môi trường.

5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại kết cấu nào?
   Phù hợp với dầm BTCT thường, kết cấu lắp ghép, nhà cao tầng, cầu, thủy lợi và các công trình có yêu cầu cao về chất lượng mối nối và khả năng chịu lực.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh mối nối ống bơm vữa cường độ cao có khả năng chịu lực và biến dạng tương đương hoặc gần bằng mối nối ren và dầm đối chứng không nối.
• Mối nối ống bơm vữa truyền lực đúng tâm, giảm chiều dài nối và tăng tính dẻo cho kết cấu BTCT.
• Mối nối ren có lực tới hạn tương đương nhưng biến dạng dẻo thấp hơn, có thể gây phá hủy dòn.
• Việc thi công mối nối ống bơm vữa cần được đào tạo kỹ thuật và kiểm soát chất lượng để tránh hiện tượng tuột vữa.
• Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong thiết kế, thi công và quản lý chất lượng công trình BTCT tại Việt Nam.

Next steps: Triển khai đào tạo kỹ thuật thi công, hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật, mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các loại kết cấu khác.

Call to action: Các nhà thiết kế, nhà thầu và cơ quan quản lý nên cân nhắc áp dụng mối nối ống bơm vữa cường độ cao để nâng cao hiệu quả và chất lượng công trình xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực xây dựng dân dụng, giao thông, thủy lợi và hạ tầng kỹ thuật gồm: nhà ở, cầu, đường, nhà xưởng công nghiệp, sân bay, thủy lợi. Tại Việt Nam, theo các thống kê các công trình xây dựng từ kết cấu bê tông cốt thép chiếm hơn 70% tổng số công trình xây dựng. Ngoài những tính năng ưu việt của loại kết cấu BTCT như: chịu lực lớn, độ bền cao, khả năng tạo hình khối dễ dàng, chống cháy tốt, chống ăn mòn, giá thành thấp. Bên cạnh đó còn có những hạn chế như: tái sử dụng thấp, thời gian thi công lâu, trọng lượng riêng nặng.

Có rất nhiều công trình nghiên cứu chi tiết về các cấu kiện BTCT như cột, dầm, sàn và được các kết quả áp dựng thực tế. Trong thi công xây dựng công trình, cốt thép đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định đến khả năng chịu lực của một cấu kiện kết cấu. Có những tiêu chuẩn bắt buộc liên quan đến việc sản xuất, vận chuyển và lắp đặt nên các thanh thép dùng để làm cốt bê tông luôn có chiều dài nhất định. Trên thực tế, chiều dài của các thanh thép được sản xuất có chiều dài nhất định, thường không dài bằng chiều dài của kết cấu công trình, vì vậy khi thi công xây dựng, người ta phải nối thép để đảm chiều dài của kết cấu.

Việc nối các thanh cốt thép có rất nhiều phương pháp như nối chồng, hàn hay nối bằng ống nối phun vữa cường độ cao [1-4] hoặc các vật liệu khác. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm khác nhau. Nên tùy mục đích mà các phương pháp nối thép có thể áp dụng. Một trong những ưu điểm của mối nối cốt thép ống nối phun vữa cường độ cao là tạo ra cơ chế truyền lực đúng tâm và giảm mật độ cốt thép nếu phải nối chồng nhiều thanh cốt thép trong một mặt cắt.

Gần đây, Nguyễn Đình Hùng và các cộng sự [3-4] đã cải tiến ống nối cốt thép phun vữa cường độ cao từ nguyên liệu địa phương. Nên đề tài này sử dụng ống trong nghiên cứu của Nguyễn Đình Hùng và các cộng sự [3-4] và kết cấu dầm để tìm hiểu khả năng áp dụng của dạng ống nối này trong thực tế. Chính vì vậy đề tài 1 Luan van “Nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép thường” muốn làm rõ một số vấn đề là các loại mối nối có ảnh hưởng như thế nào đến khả năng làm việc của dầm để so sánh và đánh giá. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về sử dụng mối nối ống bơm vữa Splice sleeve Mối nối ống bơm vữa Splice sleeve được phát minh bởi Alfred A.

Yee vào cuối năm 1960, đầu tiên được sử dụng để nối các thanh cốt thép cột trong khách sạn 38 Ala Moana (Honolulu, Hawaii) [5]. Sau đó, bằng sáng chế của nối ống bơm vữa Splice sleeve đã được một công ty của Nhật Bản mua lại và phát triển nó sử dụng hiệu nhiều ở Nhật Bản và Bắc Mỹ, Singapore. Mối nối ống bơm vữa Splice sleeve đã được liệt kê như một công nghệ kết nối cốt thép chính trong báo cáo của Viện bê tông Mỹ năm 1983. Một số thí nghiệm nghiên cứu và phân tích lý thuyết đã được thực hiện ở Nhật Bản và Mỹ, thông qua một loạt các thử nghiệm địa chấn thực sự, mối nối ống bơm vữa Splice sleeve đã được chứng minh đủ tiêu chuẩn có thể sử dụng cho xây dựng nhà cao tầng và các công trình có kết cấu phức tạp khác.

Một số nghiên cứu về sử dụng mối nối ống bơm vữa Splice sleeve như sau: Pantelides và các cộng sự [6] nghiên cứu về Đánh giá các mối nối ống bơm vữa cho trụ cầu bê tông cốt thép đúc sẵn. Theo báo cáo đầu nối ống nối vữa Splice sleeve được xem xét cho kết nối các yếu tố chân cột, cột trong xây dựng cầu. Kết quả cho thấy mối nối này có hạn chế sử dụng đầu nối Splice sleeve này trong các cây cầu nằm ở khu vực địa chấn từ trung bình đến cao. Báo cáo này mô tả một chương trình nghiên cứu được thực hiện để đánh giá các khớp cầu bằng hai loại đầu nối Splice sleeve thực nghiệm tải gần đúng theo thực tế được sử dụng để kiểm tra từ chân đến cột mẫu.

Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu suất của tất cả các thử nghiệm mẫu vật là thỏa đáng so với tiêu chuẩn hiện tại. So với mẫu vật đối chứng, mối nối ống bơm vữa có giảm khả năng linh hoạt về dịch chuyển cho các mẫu vật đúc sẵn trong cả hai loại. Einea và các cộng sự [1] nghiên cứu phát triển ống nối bơm vữa. Trong đó, chiều dài ống và các vòng bố trí trong ống được thực hiện.

Trong đó, chiều dài dính 2 Luan van bám được thí nghiệm tự 5D đến 10D, với D là đường kính của thanh cốt thép. Kết quả là tìm ra được chiều dài phù hợp của ống nối khoảng 7 lần đường kính thanh cốt thép là hợp lý. Đối với các vòng thép bố trí trong ống thép sẽ làm tăng khả năng chịu nén của vữa cường độ cao bởi cơ chế chống nở hông. Do đó, khả năng truyền lực của ống nối phu vữa cường độ cao được nâng cao rõ rệt từ kết quả nghiên cứu của Einea và các cộng sự [1].

a) Ống nối LK b) ông nối NMB c) Ống nối D410 Hình 1.1: Các loại ống nối bơm vữa [5]. Từ các kết quả nghiên cứu về ống nối vữa của Einea, có rất nhiều ống nối được đăng ký bản quyền. Có thể kể đến ba loại ống nối trên thị trường gồm loại Lenton Interlock (LK), ống nối NMB (Splice sleeve NMB) và ống nối D410 như được thể hiện trong Hình 1. Dựa vào đường kính của các thanh cốt thép hay các loại thép khác nhau, ống nối có kích thước khác nhau.

Các ống nối được thiết kế sao cho có ứng suất tới hạn lớn hơn 125% ứng suất chảy của thanh cốt thép được nối trong kết cấu BTCT. Ống nối LK, phát triển bởi công ty ERICO (Mỹ), được thiết kế bằng gang dẻo (ductile iron) theo tiêu chuẩn ASTM 5364. Ống LK được thiết kế sao cho có ứng suất tới hạn lớn hơn 125% ứng suất chảy của các cốt thép theo tiêu chuẩn ASTM A7065 và ASTM A6156, Grade 60. Do đó, vật liệu để chế tạo ống LK là loại Grade 90-65-05, tương ứng là ứng suất kéo tới hạn là 620MPa (90ksi), ứng suất chảy là 448 MPa (65ksi) và có độ dãn dài tương đối tối thiểu là 5%.

Ống LK có chiều dài từ 199 mm đến 516 mm, đường kính ngoài của thép tương ứng từ 65 mm đến 114 mm. Ống LK dùng để nối thép có đường kính từ 16mm đến 57 mm. Một đầu ống nối với thanh cốt thép bằng ren. Đường kính ren nhỏ dần từ trong ra ngoài.

Chiều dài đoạn nối bằng ren từ 22mm đến 70mm phụ thuộc vào đường kính của thanh 3 Luan van thép được nối. Đầu nối ren được vặn chặt bằng tay. Đầu còn lại của ống LK nối với thanh thép thông qua vữa không co ngót từ hai ống dẫn vữa. Ống nối NMB cho kết cấu lắp ghép, phát triển bởi công ty Splice Sleeve North Amarica (Mỹ).

Sự khác biệt lớn nhất đối với ống LK là ống NMB không có liên kết bằng ren tại một đầu mà sử dụng vữa để nối ở cả hai đầu. Ống nối NMB được chia làm hai loại là UX và XN dựa vào vật liệu chế tạo. Vật liệu để chế tạo ống nối UX thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM A5364, Grade 85-60-06, có ứng suất chảy là 413 MPa (60ksi) cho ống nối để nối cốt thép có đường kính lớn hơn 16 mm. Đối với loại cốt thép có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 16 mm, vật liệu để chế tạo ống nối thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM A5364, Grade 60- 41-10, ứng suất chảy là 282 MPa (60ksi).

Ống nối XN cũng được chế tạo từ vật liệu thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM A5364, Grade 85-60-06. Theo tiêu chuẩn của Nhật Bản, ống UX dùng để nối cốt thép loại SD295A/B đến SD490 (giới hạn chảy từ 295 MPa đến 490 MPa), với đường kính từ 16mm đến 41mm. Ống nối NX dùng cho cốt thép loại SD295A/B đến SD390 (giới hạn chảy từ 295 MPa đến 490 MPa) có đường kính từ 16 mm đến 22mm. Dựa vào tương quan giữa ứng suất chảy của ống nối và cốt thép, UX là thỏa mãn tiêu chuẩn Loại SA có cường độ, độ cứng và độ dẻo tương đương với cốt thép được nối.

Loại XN là thỏa mãn tiêu chuẩn Loại A có cường độ và độ ứng tương đương cốt thép được nối, nhưng độ dẻo thì hơi nhỏ hơn so với cốt thép được nối. Do nhu cầu sử dụng cốt thép thường cường độ cao, các ống nối UX có ứng suất chảy 590 MPa và 685 MPa cũng được sản xuất. Ống nối D410 cho kết cấu lắp ghép, phát triển bởi công ty Dayton Superior (Mỹ). Cơ chế làm việc của ống nối D410 là tương tự như ống nối NMB.

Vật liệu chế tạo của ống nối D419 giống với vật liệu chế tạo của ống nối LK, cụ thể là ASTM A706 và ASTM A615, Grade 60. Cả ba loại ống nối đều sử dụng các gân bên trong ống để tăng cường dính bám giữa vữa và ống. Đối với ống nối LK, gân được bố trí trên toàn bộ chiều dài 4 Luan van lòng ống với khoảng cách là 15mm. Đối với ống nối NMB chỉ có từ 4 đến 7 gân được bố trí từ đầu mỗi ống và phụ thuộc vào chiều dài của ống.

Gân gần tim ống cách tim ống là 30 mm. Trong khi đó, khoảng cách giữa các gân trong ống D410 là 17,8 mm và gân gần tim nhất cách tim ống là 25. Để nối cùng loại cốt thép, hầu hết ống D410 có cường kính ngoài và chiều dài ống là lớn nhất. Đường kính ngoài của ống LK hơi nhỏ hơn so với ống D410.

Đường kính ngoài của ống NMB nhỏ hơn rất nhiều so với hai ống còn lại. Chiều dài của ống NBM nhỏ hơn ống D410 một chút. Chiều dài của ống LK là nhỏ nhất, do một đầu của ống liên kết với thanh cốt thép bằng ren. Có thể nói, với kích thước nhỏ gọn hơn hai ống còn lại, nên thi công ống nối NMB đơn giản hơn.

Jansson [2] sử dụng mối nối LK và NMB để đánh giá về khả năng chịu của hai ống nối này. Kết quả nghiên cứu của Jansson [2] chỉ ra rằng ống nối NMB có 3 khả năng phá hủy là, đứt thanh cốt thép, tuột cốt thanh thép và đứt giữa ống như Hình 1.