Cột là một cấu kiện cơ bản nhất của bất cứ công trình nào. Cột bê tông cốt thép lại càng phổ biến trong xây dựng ở Việt Nam. Khi nào cần gia cố cho cột bê tông cốt thép? Vì một lý do nào đó, cột bê tông bị hư hỏng, suy yếu nên cần được gia cố. Bạn sẽ có một lý do cho trường hợp của mình, nó có thể là:

  • Tải trọng mà cột phải gánh chịu tăng lên: do nhu cầu nâng tầng nhà, hoặc do lỗi thiết kế.
  • Cường độ chịu nén của bê tông không đạt yêu cầu, hoặc hàm lượng thép không đủ, loại thép không như thiết kế.
  • Độ nghiêng của cột nhiều hơn mức cho phép.
  • Độ lún của nền móng vượt mức cho phép.

Để giải quyết các vấn đề trên, hiện nay người ta thường sử dụng 3 giải pháp để gia cố cho cột bê tông.

1. Gia cố cột bê tông bằng lớp áo bê tông

Kỹ thuật gia này là bọc thêm cho cột một lớp áo bê tông bên ngoài nhằm khắc phục những hư hỏng, phục hồi và tăng cường khả năng chịu lực của cột.

Gia cố cột bằng lớp áo bê tông

Gia cố cột bằng lớp áo bê tông

Kích thước lớp áo bê tông,  và số lượng, đường kính cốt thép được lựa chọn thông qua phân tích kết cấu.

Trong vài trường hợp, chúng ta phải giảm tải trọng, hoặc dỡ bỏ tạm thời tải trọng tác dụng lên cột. Cần thực hiện lắp đặt cây chống và con đội ở giữa các tầng.

Trong một số trường hợp mà tìm thấy các vị trí cốt thép bị ăn mòn cần thực hiện như sau:

  • Loại bỏ lớp vỏ bê tông bảo vệ.
  • Làm sạch các thanh cốt thép bằng bàn chải sắt hoặc bằng cách thổi cát.
  • Sơn phủ các thanh cốt thép bằng sơn epoxy để chống ăn mòn.

Nếu không có hiện tượng ăn mòn cốt thép thì bạn không cần thực hiện các bước trên. Hình vẽ bên dưới minh họa các bước thực hiện:

Quy trình gia cố cột bằng lớp áo bê tông

Quy trình gia cố cột bằng lớp áo bê tông

  • Khoan các lỗ để gắn các đầu nối thép vào cột hiện hữu. Các lỗ sâu khoảng 10-15cm, rộng hơn 3-4mm so với đường kính đầu nối, khoảng cách giữa các lỗ không quá 50 cm.
  • Làm đầy các lỗ bằng các loại vật liệu epoxy thích hợp, rồi lắp các đầu nối vào lỗ.
  • Lắp các đầu nối thép thẳng đứng ở hai sàn bê tông, để giữ cố định các thanh thép dọc ở hai đầu của nó, theo đúng quy trình bước 1 và 2.
  • Lắp đặt các thanh cốt dọc và cốt đai theo đúng đường kính và kích thước thiết kế.
  • Sơn cột cũ bằng vật liệu epoxy thích hợp để đảm bảo bám dính bê tông cũ và bê tông mới.
  • Đổ bê tông cho lớp áo khoác trước khi lớp vật liệu epoxy khô. Nên sử dụng bê tông có độ co rút thấp. Có thể sử dụng loại bê tông có cốt liệu nhỏ và dùng phụ gia ngăn chặn co ngót.

2. Biện pháp gia cố, cải tạo cột bằng kết cấu thép

Gia cố cột bằng kết cấu thép

Gia cố cột bằng kết cấu thép

Kỹ thuật này được sử dụng để tăng cường thêm khả năng chịu tải cho cột hiện hữu. Đồng thời kỹ thuật này áp dụng trong trương hợp không cho phép tăng diện tích tiết diện của cột.

Các bước thi công được minh họa trên hình dưới đây:

Quy trình gia cố cột bê tông bằng kết cấu thép

Quy trình gia cố cột bê tông bằng kết cấu thép

Các bước thực hiện theo quy trình như sau:

  1. Đục bỏ lớp bê tông bảo vệ để lắp các đai bằng thép tấm
  2. Lắp các đai thép vào vị trí đã đục bỏ lớp bê tông.
  3. Đục bỏ lớp bê tông bảo vệ giữa các đai thép.
  4. Làm sạch các thanh cốt thép bằng bàn chải sắt hoặc bằng cách thổi cát.
  5. Sơn các thanh thép bằng vật liệu epoxy để chống ăn mòn.
  6. Lắp đặt các tấm thép với độ dày thích hợp, theo thiết kế. Tạo các khe hở để bơm keo epoxy vào, mục đích là để đảm bảo độ bám dính giữa bê tông và tấm thép.
  7. Lấp đầy khoảng trống giữa cột bê tông và tấm thép bằng vật liệu epoxy thích hợp.

Giải pháp Gia cường cột bê tông bằng vật liệu composite FRP

Gia cường cột bê tông bằng vật liệu FRP

Gia cường cột bê tông bằng vật liệu FRP

Bọc cột bằng vật liệu FRP là một trong các biện pháp gia cố, cải tạo cột có nhiều ưu điểm nhất. Các ưu điểm đã được kiểm chứng, như là:

  • Tăng cường khả năng chịu tải cực hạn của cột bê tông cốt thép.
  • Cải thiện khả năng kháng cắt của cột bê tông cốt thép.
  • Độ dẻo dai của cột bê tông cốt thép được cải thiện đáng kể.

Các cột bê tông được gia cường bằng cách dán vật liệu composite FRP xung quanh nó. Kỹ thuật gia cường này rất hiệu quả với cột tròn. Trong một số trường hợp, kỹ thuật này không được khuyến khích áp dụng. Cụ thể theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-08, nếu cột bê tông cốt thép có tiết diện hình chữ nhật, tỷ lệ chiều dài /chiều rộng lớn hơn 2, hoặc là cạnh ngắn của cột lớn hơn 90 cm thì không nên gia cố bằng FRP.

Hình ảnh bên dưới thể hiện vùng chịu nén của các cột có hình dạng khác nhau.

Vùng làm việc của các tiết diện cột

Vùng làm việc của các tiết diện cột

Vì sao gia cường cột hình chữ nhật hay hình vuông không hiệu quả? Điều này có thể được giải thích là do sự phân bố ứng suất không đều và ứng suất tập trung ở các góc.

Cần lưu ý là phải bọc toàn bộ diện tích xung quanh cột để đạt hiệu quả gia cường tốt nhất.

Không giống như gia cường kháng uốn cho dầm bê tông cốt thép, vật liệu FRP chỉ làm việc khi cột biến dạng nở hông. Lúc này áp lực tác dụng lên hệ FRP, và nó mới bắt đầu có tác dụng. Điều này có nghĩa là hệ FRP gia cường dầm là hệ thống chủ động, trong khi gia cường cột là hệ thống bị động.

Cơ chế làm việc của FRP gia cường cho cột

Cơ chế làm việc của FRP gia cường cho cột

Hệ FRP chống lại biến dạng nở hông của cột, như hình bên trên. Do đó, khả năng chịu nén của cột bê tông cốt thép tăng lên.

Kết luận

Mỗi kỹ thuật gia cố cột bê tông cốt thép có hiệu quả tốt trong các trường hợp khác nhau. Tùy vào tình trạng của cột hiện hữu, và mục đích sửa chữa mà lựa chọn giải pháp thích hợp. Bên cạnh những yếu tố kỹ thuật và công năng, thì yếu tố chi phí giá thành được đặt lên hàng đầu khi cân nhắc. Nếu bạn không muốn mở rộng tiết diện cột thì bạn phải loại trừ phương án bọc lớp áo bê tông. Nếu bạn muốn thời gian thi công nhanh, thì bạn nên chọn giải pháp gia cố bằng vật liệu FRP.

Chuyện nghề xây dựng
 ‘Tiền kiếm được từ gây khó dễ cho người khác cuối cùng của thiên cũng trả địa