Bê Tông Cốt Thép - Vật Liệu Xây Dựng Của Mọi Thời đại

Tốc độ phát triển vũ bão của bê tông cốt thép lắp ghép thời gian này đã thúc đẩy việc thông qua Nghị quyết của BCHTW Đảng Cộng sản và Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô năm 1954 "Về phát triển sản xuất các cấu kiện bê tông cốt thép lắp ghép và các chi tiết dành cho xây dựng". Để thực hiện các nhiệm vụ đề ra, Chính phủ Liên Xô lúc bấy giờ đã đầu tư một lượng vốn lớn cho việc nghiên cứu các giải pháp thiết kế những tòa nhà, công trình kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép và hoàn thiện các công nghệ sản xuất. Tạp chí "Bê tông và bê tông cốt thép" ra đời trong bối cảnh như vậy. Trên cơ sở các phòng thí nghiệm của Viện công trình công nghiệp Trung Ương, Viện Nghiên cứu về bê tông và bê tông cốt thép đã được thành lập. Các chuyên gia của Viện cũng như của nhiều tổ chức khoa học và đơn vị thiết kế khác đã đóng góp rất nhiều cho quá trình thiết kế sản xuất và ứng dụng các kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng. 

Trong khoảng thời gian ngắn, Liên Xô đã xây dựng ngành công nghiệp bê tông cốt thép lắp ghép hùng mạnh nhất thế giới, có công suất thiết kế (tính tới năm 1989) đạt 180 triệu m3/ năm; trong đó riêng Nga đạt xấp xỉ 100 triệu m3. Từ năm 1955 đến năm 1985, khối lượng bê tông cốt thép được đưa vào sử dụng tăng 25 lần. Nhà nước dành sự quan tâm đặc biệt cho việc phát triển các kết cấu bê tông nhẹ và kết cấu dự ứng lực. Năm 1960, các nhà máy có công suất dưới 55 nghìn m3/năm đã xuất xưởng tới 86% tổng khối lượng bê tông cốt thép lắp ghép. Cho tới năm 1965, các nhà máy này chỉ còn sản xuất 45%, và năm 1990 chỉ còn 20% tổng lượng bê tông cốt thép lắp ghép.

Khối lượng công việc khá lớn khi thi công xây nhà từ bê tông liền khối chính là lý do thúc đẩy sự phát triển công nghệ xây dựng nhà lắp ghép. Việc chuyển từ các kết cấu liền khối sang kết cấu lắp ghép giúp giảm khối lượng công việc tới 50 %, thời gian thi công cũng được rút ngắn, nhất là vào mùa đông. Từ năm 1954 đến năm 1965, sản xuất bê tông cốt thép của Liên Xô tăng lên 20 lần. Tốc độ tăng trưởng thời kỳ này chưa từng thấy, khi các kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép chiếm tới 60% thị phần xây dựng.

Bê tông cốt thép lắp ghép được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong công trình công nghiệp mà còn cả trong công trình dân dụng, đóng vai trò quyết định trong vấn đề cải thiện điều kiện nhà ở cho người dân. Tuy nhiên, số lượng các nhà máy bê tông và bê tông cốt thép lắp ghép chỉ chiếm 20% trong tổng số các nhà máy công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng. Nói một cách khác, trong các ngành công nghiệp VLXD, đây là ngành mũi nhọn được tập trung sản xuất và đầu tư trang thiết bị lớn nhất.

Xu hướng xây dựng nhà lắp ghép tấm lớn phát triển mạnh khiến những ngôi nhà được xây dựng trở nên đơn điệu. Theo tình hình thị trường, các phương án lắp ghép thường được lựa chọn để thay thế phương pháp xây liền khối, ngay cả tại những nơi xây dựng lắp ghép dường như bất hợp lý.

Tỷ trọng của bê tông cốt thép tuy nhỏ hơn của thép tới 3 lần, song vẫn được coi là loại vật liệu nặng. Trong điều kiện kinh tế thị trường, việc tận dụng tối đa năng lực thiết bị sản xuất là một yêu cầu bắt buộc. Song việc tái cấu trúc và hiện đại hóa các dây chuyền sản xuất không mang lại lợi ích về mặt kinh tế vì đã làm nảy sinh khuynh hướng sao chép hàng loạt một kiểu nhà lắp ghép nào đó. Công suất sản xuất thặng dư lại dẫn tới tình trạng bất hợp lý trong việc vận chuyển các sản phẩm trên các quãng đường dài hàng trăm, thậm chí hàng nghìn km.

Hiện nay tại Nga, khối lượng bê tông cốt thép lắp ghép sử dụng trong các công trình xây dựng chỉ còn không quá 50%. Trong khi đó, mối quan tâm đối với xây dựng lắp ghép không hề suy giảm trên thị trường xây dựng thế giới. Có thể lấy một vài dẫn chứng cụ thể về các ứng dụng bê tông toàn khối và bê tông cốt thép ở nhiều nước. Tổ chức quốc tế về bê tông cốt thép lắp ghép ra đời đã hơn 40 năm nay, và đã tổ chức 20 hội nghị quốc tế tại các nước. Hội nghị gần đây nhất được tổ chức vào tháng 5/2011 tại Pháp. Theo các số liệu của Tổ chức này, tại châu Âu hiện nay có gần 8 nghìn nhà máy sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép với hơn 200 nghìn nhân công, doanh số hàng năm của toàn ngành đạt xấp xỉ 21 tỷ Euro - cao hơn nhiều so với doanh số của ngành sản xuất vữa bê tông trộn sẵn dùng cho xây dựng liền khối. Hàng năm, nước Đức sản xuất 32 triệu m3 cấu kiện bê tông cốt thép lắp ghép, tức là gần gấp rưỡi so với Nga; Ý sản xuất gần 40 triệu m3. Tại Phần Lan, 97% nhà cao tầng và 38% nhà thấp tầng được xây dựng bằng cấu kiện bê tông cốt thép. Trung Quốc có tới 4.600 nhà máy sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép đang hoạt động.

Các nhà xây dựng sử dụng các tấm panel dạng sandwich có tuổi thọ theo tính toán tới 100 năm cho các kết cấu bao che. Độ dày các tấm ngăn cách âm tốt từ các panel rỗng dao động trong khoảng 320 - 370 mm. Độ rỗng các panel của tấm ngăn có tác dụng giữ nhiệt rất tốt.

Nước Mỹ đang triển khai rộng rãi những ứng dụng bê tông cốt thép lắp ghép trong xây cầu, đặc biệt xây các cây cầu cỡ lớn bằng phương pháp lắp ghép treo các kết cấu nhịp cầu. Việc xây cầu liền khối với sức căng của khung lên bê tông đã không còn phổ biến. Hiện nay tại Mỹ, gần 80% các cây cầu được xây từ bê tông cốt thép lắp ghép, trong đó các cầu có nhịp tới 50m được xây hoàn toàn bằng các kết cấu nhịp dầm lắp ghép.

Nhiều dự án lớn trên thế giới đã được thực hiện với bê tông cốt thép lắp ghép: đường hầm qua eo biển Măng-sơ với tổng chiều dài 55 km nối liền hai quốc gia Anh và Pháp; hai đường ống dẫn nước đường kính 4m và chiều dài 900 km tại Li Băng; cầu vượt chiều dài 55 km nối liền thủ đô Bangkok (Thái Lan) với cảng hàng không quốc tế; các cây cầu ở Đức với trọng lượng các kết cấu nhịp treo tới 30 nghìn tấn.

Bê tông cốt thép lắp ghép vẫn tiếp tục phát triển trên thị trường xây dựng thế giới bởi nhiều nguyên nhân: việc bảo đảm chất lượng sản phẩm ổn định đơn giản hơn, có thể tự động hóa hoàn toàn. Bên cạnh đó, có thể cho ra lò những sản phẩm đa dạng phong phú về mẫu mã, cũng như các chi tiết được gia công tỷ mỉ khi kết hợp sử dụng các vật liệu gốc polymer để tạo hình. Và cuối cùng - ứng dụng các phụ gia hóa học vào bê tông cho phép giảm, thậm chí loại bỏ hoàn toàn quy trình rung để đầm lèn bê tông, và quy trình xử lý bảo dưỡng nhiệt độ tiếp theo (về nguyên tắc là xử lý bằng hơi) để tăng độ bền cho bê tông.

Hiện nay, nước Nga sản xuất xấp xỉ 20 triệu m3 bê tông cốt thép lắp ghép hàng năm, trong đó các kết cấu dự ứng lực chiếm gần 4 triệu m3. Con số này cho thấy, sản xuất bê tông cốt thép của Nga trong vài năm gần đây đã tăng trưởng trở lại (mức tăng 4 - 6%). Các nhà máy sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép lắp ghép có ở khắp nơi. Tại thủ đô Moskva, tuy việc xây dựng các công trình từ bê tông liền khối phát triển mạnh, vẫn như trước kia, hơn một nửa quỹ nhà ở được xây dựng bằng phương pháp lắp ghép. Việc lựa chọn thành phần bê tông, kết cấu, hình dạng cho phép tạo ra những sản phẩm có độ chính xác cao với dung sai tối thiểu. Công việc hoàn thiện về mặt kiến trúc với các sản phẩm lắp ghép được cải tiến rõ rệt. Có thể coi Moskva là một ví dụ điển hình của việc ứng dụng thành công bê tông cốt thép lắp ghép trong xây dựng các công trình nhà ở. Theo ông I.Grigorev - Phó Kiến trúc sư trưởng thành phố, nhà xây bằng tấm panel lắp ghép không hề thua kém mà ngược lại, còn có chất lượng hơn so với nhà xây liền khối vì nhà panel đáp ứng mọi tiêu chuẩn chất lượng.

Song song với các kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép tấm lớn, còn có cả bê tông lắp ghép tấm nhỏ - các khối xây tường. Sản lượng các khối xây từ bê tông silicat tổ ong và bê tông thông thường của Nga đạt hơn 20 triệu m3. Về khối lượng xuất xưởng, gạch (viên) bê tông đứng ở vị trí cao hơn so với gạch nung.

Tại Nga, gần 80% bê tông cốt thép được làm ra là các kết cấu thẳng và phẳng (các panel tường, tấm ngăn, tấm trần...).

Sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép là một quy trình công nghiệp. Chất lượng của bê tông - ngoài các ưu điểm về môi trường sinh thái - chính là thông số quyết định khả năng cạnh tranh của bê tông đối với các chủng loại vật liệu xây dựng khác.

Trong một thời gian dài, những quy định về tiết kiệm xi măng khiến việc sản xuất các kết cấu bê tông cốt thép khó đạt chất lượng cao, và những phương thức tiếp cận thực tiễn xây dựng của các nước khác đã được tiến hành. Các đề xuất về tiêu chuẩn của Ủy ban kỹ thuật bê tông cốt thép lắp ghép có đề cập tới việc sản xuất các kết cấu thông thường bằng bê tông mác thấp nhất B25, còn các kết cấu với khung dự ứng lực - bằng bê tông mác thấp nhất B37.

Tại Hà Lan, cường độ của bê tông đối với các kết cấu lắp ghép không có khung dự ứng lực được quy định từ 45 - 55 MPa; và có khung dự ứng lực từ 55 - 75 MPa.

Để sản xuất bê tông, ngành công nghiệp xi măng đã cho ra đời rất nhiều chủng loại chất kết dính khác nhau. Bên cạnh xi măng poóc-lăng và xi măng poóc-lăng xỉ, các biến thể của chất kết dính xi măng cũng được sản xuất, trong đó có phụ gia đóng rắn nhanh, phụ gia nghiền mịn...  

Mặc dù ngành công nghiệp xi măng chuyển đổi sang cơ chế thị trường và có sự cạnh tranh quyết liệt về chất lượng giữa các chủng loại xi măng được sản xuất trong nước - trước hết là về các chỉ tiêu độ bền - song xi măng của Nga vẫn thua xa về chất lượng so với xi măng được sản xuất ở nhiều nước khác.

Các chất độn tự nhiên (cát, sỏi...) dùng trong sản xuất bê tông nhiều lúc chưa đáp ứng được yêu cầu tiêu chuẩn, chủ yếu là các yêu cầu về thành phần của các tạp chất cũng như cỡ hạt. Một trong những xu hướng căn bản nhất nhằm nâng cao hiệu quả của bê tông là ứng dụng các phụ gia đặc biệt có khả năng cải thiện tính chất của bê tông trong giai đoạn sản xuất và đổ vữa bê tông, cũng như trong giai đoạn khai thác các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.

Đẩy nhanh quá trình đóng rắn bê tông là một trong những biện pháp quan trọng nhất trong sản xuất bê tông và các cấu kiện bê tông cốt thép lắp ghép, trong xây dựng các tòa nhà, các công trình từ bê tông liền khối.

Trong những năm gần đây, tuy các biện pháp thay thế nhằm thúc đẩy nhanh sự đóng rắn của bê tông đang được tích cực nghiên cứu, việc gia công bằng nhiệt nhờ hơi nước tại các nhà máy sản xuất bê tông cốt thép lắp ghép trong thời gian sắp tới vẫn sẽ được duy trì.

Việc sử dụng bê tông có cường độ cao trong các kết cấu bê tông cốt thép chịu lực của các tòa nhà cho phép tiết giảm khối lượng các kết cấu nhờ khối lượng bê tông giảm, qua đó có thể tiết kiệm xi măng; còn khi các mặt cắt có kích cỡ bằng nhau, lượng thép làm khung có thể giảm đáng kể. Khối lượng công việc trong sản xuất, chi phí vận chuyển và nhiều chi phí liên quan khác đều có thể tiết giảm.

Việc gia tăng cường độ bê tông trong các kết cấu dành cho xây dựng đại trà cho phép cải thiện chất lượng sản phẩm, và trong nhiều trường hợp giúp giảm việc đặt cốt gián tiếp và giảm lượng thép tiêu hao nói chung. Điều này đã được khẳng định thông qua kinh nghiệm của thế giới trong việc chế tạo các kết cấu dự ứng lực bằng phương pháp tạo hình không ván khuôn trên các giá dài.

Việc sản xuất các cấu kiện bê tông cốt thép lắp ghép từ bê tông mác cao B40 ... B60 có thể thực hiện với xi măng poóc-lăng mác M550 ... M600. Sử dụng bê tông mác cao cho các cột của nhà một hay nhiều tầng, các vì kèo, dầm xà, các tấm trần khẩu độ lớn... luôn cho hiệu quả cao. Tại Trung Quốc, các nhà thiết kế thường sử dụng bê tông mác B100 đối với các cọc có chiều dài 30m. Còn trong tiêu chuẩn châu Âu hiện hành EN 206 -1 "Bê tông. Các yêu cầu kỹ thuật chung và kiểm tra chất lượng" đã quy định bê tông có độ bền nén B115 cho kết cấu này.

Trong các báo cáo tại Hội nghị quốc tế lần thứ 18 về bê tông cốt thép lắp ghép, cây cầu được xây tại Pháp có các dầm lắp ghép bằng bê tông cường độ 200 MPa được dẫn ra như một ví dụ cụ thể về kinh nghiệm xây dựng. Các dầm dạng 2T khẩu độ 22 m có chiều cao mặt cắt 0,9 m và chiều rộng 2,2 m; bề dày các cạnh 15 cm. Các dầm chỉ được đặt cốt cho lực tác động theo hướng dọc. Khối lượng các kết cấu nhịp nhỏ hơn 2/3 so với bê tông cốt thép thông thường. Các ví dụ tương tự về việc sử dụng bê tông cường độ cao trong các kết cấu cầu tại Hà Lan, Nhật Bản, Canada cũng được dẫn chứng trong các báo cáo.

Các cọc ván cừ dài 13 m và dày tổng cộng 45 mm từ fibro bê tông (có xi măng đóng rắn nhanh và chất độn mịn trong thành phần) sau 24 giờ đồng hồ và sau cả chu trình sản xuất đạt cường độ 74 MPa.

Các ví dụ trên đây đã chứng minh cho những thành tựu xuất sắc trong công nghệ bê tông cốt thép trong thời gian gần đây. Kinh nghiệm quốc tế trong việc hoàn thiện dây chuyền sản xuất các kết cấu ứng lực và các kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép giúp giảm thời gian sản xuất, cũng như tiết kiệm đáng kể vật liệu và nhân công. Đạt được kết quả này là nhờ việc ứng dụng các phụ gia hóa chất để có thể thu được vữa bê tông tự lèn. Các phụ gia này được người Nhật nghiên cứu chế tạo đầu tiên, và giờ đây đã phổ biến rộng rãi tại Mỹ và các nước Tây Âu. Chỉ riêng tại Hà Lan, khối lượng các kết cấu lắp ghép từ vữa bê tông tự lèn đã đạt xấp xỉ 1 triệu m3. Cường độ khi dỡ khuôn sau 8 - 16 giờ đạt 20 - 48 MPa.

Mỹ đề ra nhiệm vụ tới năm 2015, việc ứng dụng vữa bê tông tự lèn vào sản xuất các kết cấu lắp ghép sẽ đạt ít nhất 20% tổng khối lượng sản phẩm.

Bê tông cốt thép là loại vật liệu xây dựng chất lượng cao, nhưng không phải vĩnh cửu. Bởi vậy, trong tương lai, cần nghiên cứu phương pháp tháo dỡ và xử lý các tòa nhà bằng bê tông cốt thép lắp ghép khi đã hết thời gian sử dụng.

Tiêu chuẩn châu Âu EN 206 “Bê tông. Các yêu cầu kỹ thuật” quy định việc đảm bảo tuổi thọ cho bê tông trong các điều kiện môi trường khác nhau, với bê tông mác cao nhất B115 đối với bê tông thông thường, và B88 đối với bê tông nhẹ. Tiêu chuẩn này được thông qua để làm cơ sở cho việc nghiên cứu các tiêu chuẩn ISO phù hợp. Khi biên soạn Tiêu chuẩn Nga GOST 26633 “Bê tông nặng và bê tông mịn. Các điều kiện kỹ thuật”, các nhà quản lý cũng xem xét các quy định của EN 206, và tham khảo thêm tiêu chuẩn châu Âu EN 13369 “Những yêu cầu chung đối với các kết cấu lắp ghép” mới được thông qua, và tiêu chuẩn EN 1992-1 “Kết cấu bê tông cốt thép trong các tòa nhà”, trong đó có các quy định phương pháp tính toán đối với kết cấu bê tông cốt thép.

Tại tất cả các nước phát triển, các hiệp hội khoa học - sản xuất bê tông và bê tông cốt thép đều hoạt động khá hiệu quả, trong đó phải kể tới Liên đoàn bê tông cốt thép quốc tế với hơn 50 nước thành viên. Liên đoàn có ủy ban kỹ thuật chuyên về bê tông cốt thép lắp ghép. Các ủy ban chuyên ngành bê tông cốt thép thuộc Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ISO và CEN tiến hành công việc soạn thảo các tiêu chuẩn thống nhất, tổng hợp những thành tựu tiên tiến nhất về lĩnh vực liên quan từ thực tiễn xây dựng trên thế giới.

Năm 2004, Viện Bê tông Mỹ kỷ niệm tròn 100 năm thành lập. Đây là tổ chức tập hợp hàng nghìn chuyên gia và hàng trăm công ty xây dựng của Mỹ và Canada, với nhiệm vụ nghiên cứu cơ sở để xây dựng các tiêu chuẩn về bê tông, bê tông cốt thép. Các tiêu chuẩn này có ảnh hưởng sâu sắc tới thực tế xây dựng tại nhiều nước khác, trước hết là các nước Đông Nam Á. Viện phát hành 03 tạp chí về bê tông và bê tông cốt thép, hàng năm tổ chức 02 kỳ họp với sự tham gia của hàng trăm chuyên gia. Bên cạnh đó, Viện còn tài trợ và bằng uy tín của mình ủng hộ hoạt động của rất nhiều tổ chức cấp vùng trong cùng lĩnh vực.

Theo định mức kinh tế - kỹ thuật, bê tông và bê tông cốt thép - như trước đây - là vật liệu xây dựng cơ bản có vị trí đứng đầu trong cơ cấu sản xuất vật liệu xây dựng trên toàn thế giới. Sản lượng bê tông và bê tông cốt thép hàng năm trên thế giới vượt quá 4 tỷ m3 - con số kỷ lục. Trong 2,8 tỷ m2 quỹ nhà ở của Nga, ít nhất 2 tỷ m2 nhà được xây bằng bê tông và bê tông cốt thép. Việc bảo đảm nhà ở có mức giá hợp lý cho người dân là một trong những nhiệm vụ có ý nghĩa xã hội rất lớn của nước Nga hiện nay. Để thực hiện nhiệm vụ cho tới năm 2020, khối lượng xây dựng nhà ở tăng thêm 01 m2/người/năm đòi hỏi phải ứng dụng các giải pháp thiết kế mới, các vật liệu xây dựng cũng như các công nghệ đem lại hiệu quả cao, áp dụng rộng rãi các nghiên cứu khoa học. Nhiệm vụ này sẽ không thể hoàn thành nếu không đưa bê tông và bê tông cốt thép lắp ghép vào thi công xây dựng các công trình để ở.

Sự phát triển trong tương lai của nền văn minh hiện đại không thể thiếu bê tông cốt thép. Cần củng cố vị trí nổi bật của bê tông cốt thép trên thị trường để có thể thu hút nguồn vốn từ các công ty xây dựng tài trợ cho các nghiên cứu khoa học về lĩnh vực này.

Thay cho lời kết, tác giả bài báo muốn dẫn ra đây lời phát biểu của Chủ tịch Hội bê tông cốt thép lắp ghép Thụy Điển - ngài M.Bers: “Nếu như bê tông cốt thép được phát minh trong thời đại của chúng ta, người phát minh ra nó đương nhiên phải được trao giải thưởng Nobel”.

I.Volkov (Nguồn: Tạp chí Xây dựng dân dụng & Xây dựng công nghiệp Nga tháng 10/2012)