Cách sửa chữa bê tông thủy công hư hỏng tại công trình thủy lợi

Hiện tượng hư hỏng các kết cấu bê tông thủy công, bê tông cốt thép tại công trình thủy lợi xuất hiện trong quá trình thi công, vận hành công trình cần được sửa chữa khắc phục. Mời Bạn xem hướng dẫn chi tiết sửa chữa bê tông thủy công tại công trường sau khi xác định hiện trạng, đánh giá mức độ hư hỏng và lên phương án xử lý khắc phục

Sửa chữa kết cấu bê tông thủy công hư hỏng

Sau thời gian sử dụng nhất định, các kết cấu bê tông và nhất là bê tông cốt thép tại công trình thủy lợi xây dựng tại môi trường  ngập nước, chua phèn, mặn bị hư hỏng do ăn mòn gây ra từ các tác nhân gây ăn mòn của môi trường.

Hư hỏng bê tông công trình thủy lợi

Trong quá trình thi công, sau thời gian vận hành công trình thủy lợi thường xuất hiện các loại hư hỏng sau đây:

• Bề mặt bê tông bị ăn mòn để lộ cốt liệu lớn trên diện rộng;
• Bê tông bị thấm nước, tiết vôi;
• Bề mặt bê tông bị nứt nẻ, phồng rộp hoặc bong tróc cục bộ từng mảng;
• Nứt kết cấu với bề rộng lớn hơn quy định;
• Gỉ sắt màu vàng đỏ tiết ra từ trong lòng khối bê tông;
• Xuất hiện các vết nứt bê tông dọc theo các thanh cốt thép;
• Bong rộp lớp bê tông bảo vệ, để lộ cốt thép bị gỉ.

Để sửa chữa các hư hỏng bê tông thủy công tại công trình hạ tầng kỹ thuật thủy lợi bao gồm đập, hồ chứa nước, cống, trạm bơm, hệ thống dẫn, chuyển nước, kè, bờ bao thủy lợi và công trình khác phục vụ quản lý, khai thác thủy lợi chúng ta tiến hành theo trình tự ba bước sau:

1. Xác định dấu hiệu hư hỏng;

2. Khảo sát, đánh giá mức độ hư hỏng;

3. Thiết kế và thi công sửa chữa.

Xác định dấu hiệu hư hỏng

Các kết cấu bê tông được xác định đã hư hỏng do ăn mòn khi quan sát thấy một trong những dấu hiệu sau:

• Bề mặt bê tông bị ăn mòn để lộ cốt liệu lớn trên diện rộng;
• Bề mặt bê tông bị nứt nẻ, phồng rộp hoặc bong tróc cục bộ từng mảng;

Các kết cấu bê tông cốt thép được xác định là hỏng khi thấy những dấu hiệu sau:

-Các dấu hiệu hư hỏng bê tông như đã nêu ở trên

-Các dấu hiệu hư hỏng cốt thép:

• Gỉ sắt màu vàng đỏ tiết ra từ trong lòng khố bê tông;
• Xuất hiện các vết nứt lớp bê tông dọc theo các thanh cốt thép;
• Bong rộp lớp bê tông bảo vệ để lộ cốt thép bị gỉ.

Khảo sát mức độ hư hỏng

Căn cứ vào dấu hiệu và mức độ hư hỏng bên ngoài, để phân ra dạng và mức hư hỏng từ đó tìm ra vùng hư hỏng nặng đại diện tập trung để khảo sát chi tiết.

Khảo sát chi tiết kết cấu bê tông

Xác định các tính chất cơ lý của bê tông tại các vùng bị hư hỏng

Khoan lấy mẫu theo TCVN 3105:1993. Mỗi kết cấu hay một vùng bị hư hỏng lấy ít nhất một tổ mẫu, mỗi tổ mẫu 03 viên nõn khoan.

Dùng mẫu nõn khoan để xác định các tính chất cơ lý của bê tông: Cường độ nén theo TCVN 3118:1993, độ hút nước theo TCVN 31:1993.

Cũng có thể dùng mẫu nõn khoan để phân tích thạch học để biết các khoáng chất xuất hiện trong bê tông. Đối chiếu các chỉ tiêu cơ lý với hồ sơ hoàn công của công trình nếu có.

Xác định độ đồng nhất về cường độ bê tông

Dùng máy siêu âm theo ASTM C 597- 09, EN 12504-4:2004, BS 1881 part 203:1986 Standard test method for pulse velocity through concrete để xác định độ đồng nhất về cường độ của bê tông trên toàn bộ cấu kiện.

Hiệu chỉnh lại đường chuẩn của máy siêu âm bằng các mẫu nõn khoan sau khi gia công trong phòng thí nghiệm. Xác định cường độ trung bình thực tế của bê tông trên toàn bộ kết cấu và tính toán hệ số biến động của cường độ bê tông tại thời điểm bị ăn mòn.

Xác định lượng chất xâm thực hoặc mức độ các- bôn- nát hóa bê tông theo chiều sâu

Dùng lấy bột tới chiều sâu 100 mm phân thành từng lớp 20 mm.

Phân tích các chỉ tiêu cơ bản như pH, Cl^–, SO₄^2– v.v… của nước chiết từ bột khoan ở từng lớp theo ASTM D 1293-95, ASTM C 1152-94.

Khảo sát kết cấu bê tông cốt thép

Phần khảo sát bê tông tiến hành như trên. Xây dựng bổ sung chiều dày lớp bê tông bảo vệ và sự đồng đều của chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép trên kết cấu bằng các thiết bị điện từ theo BS 1881 part 204:1988. Kết hợp đục cục bộ một vài vị trí để kiểm tra lại các kết quả đã đo.

• Dùng thiết bị điện từ để xác định đường kính cốt thép nằm trong bê tông theo BS 1881 part 204:1998 hoặc đục lộ cốt thép ở một vài vị trí để xác định đường kính thực tế. So sánh với hồ sơ hoàn công nếu có.
• Dùng thiết bị chuyên dùng để đo độ gỉ của cốt thép trong bê tông (CANIN – đo điện thế của cốt thép) kết hợp đục lộ cốt thép để xác định mức độ gỉ của cốt thép theo ASTM C 876-91. Tại các vị trí cốt thép bị hở, cạo sạch gỉ và đo đường kính còn lại bằng thước kẹp cơ khí.
• Dùng kính phóng đại chính xác tới 0,001 mm để đo độ rộng các vết nứt nhìn thấy.

Đánh giá mức độ hư hỏng

Xác định khả năng chịu lực còn lại của kết cấu

Dựa vào cường độ trung bình của bê tông trên cấu kiện, độ đồng nhất về cường độ, xác định giá trị cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán của bê tông trên cấu kiện theo TCVN 5574:1991.

Căn cứ vào sơ đồ làm việc, hiện trạng hư hỏng của kết cấu, đường kính cốt thép còn lại, chiều dầy lớp bảo vệ thực tế đã xác định, tiến hành kiểm tra xác định khả năng chịu lực còn lại của kết cấu.

Trên cơ sở đó phân chia các kết cấu hoặc bộ phận kết cấu thành hai nhóm:

• Cần gia cố tăng cường khả năng chịu lực, bao gồm các cấu kiện đã bị ăn mòn và hư hỏng nặng;
• Không cần gia cố tăng cường khả năng chịu lực, bao gồm các cấu kiện hư hỏng nhẹ hoặc chưa bị hư hỏng.

Xác định mức độ và khả năng chống ăn mòn của kết cấu

1.Đối với kết cấu bê tông, phân thành 03 mức:

• Đã bị ăn mòn: Khi đã xuất hiện dấu hiệu hư hỏng như đã nêu hoặc chưa có dấu hiệu này nhưng hàm lượng SO₃ trong bê tông đã vượt quá 6 % khối lượng xi măng trong bê tông;
• Không còn khả năng chống lại sự ăn mòn của môi trường: Khi các tính chất cơ lý của bê tông không còn thỏa mãn yêu cầu 
• Chưa bị ăn mòn: Khi chưa thấy dấu hiệu hư hỏng bên ngoài, cường độ, độ chống thấm của bê tông vẫn thỏa mãn yêu cầu 

2.Đối với bê tông cốt thép có thể chia thành 03 mức:

• Đã bị ăn mòn, bê tông không còn đủ khả năng bảo vệ cốt thép: Khi xuất hiện các dấu hiệu hư hỏng đã nêu hoặc hàm lượng SO^2– quy đổi ra SO₃ trong bê tông đã vượt quá 6 % khối lượng xi măng, tại vùng lân cận cốt thép hàm lượng Cl^– > 1,0 kg/m³ hoặc pH <11,0; cốt=”” thép=”” xác=”” định=”” theo=”” a.2.3.3=””> đã bị gỉ cục bộ nhưng hao tổn tiết diện chưa có vị trí nào đạt đến 5 %;
• Không còn đủ khả năng chống lại sự ăn mòn của môi trường: Khi cường độ, độ chống thấm của bê tông, chiều dầy lớp bê tông bảo vệ cốt thép, bề rộng vết nứt không còn thỏa mãn; cốt thép xác định bị gỉ trên diện rộng và có vị trí hao tổn tiết diện đến trên 5 %;
• Chưa bị ăn mòn: Khi chưa thấy các dấu hiệu hư hỏng bên ngoài; thép chưa bị gỉ cục bộ, bê tông có các chỉ tiêu đảm bảo yêu cầu

Đánh giá về điều kiện làm việc của kết cấu

Điều kiện làm việc của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép công trình thủy lợi có thể phân làm 02 loại:

• Có yếu tố gây tăng tốc độ ăn mòn như kết cấu làm việc trong điều kiện không đúng quy định của thiết kế ban đầu, bị thấm, nứt, quá tải, đọng nước, tích tụ bụi bẩn, ẩm ướt kéo dài…;
• Không có các yếu tố như trên.

Thiết kế sửa chữa bê tông

Thiết kế sửa chữa các kết cấu đã bị hư hỏng do ăn mòn gây ra nên thực hiện đồng thời các bước sau đây:

Đảm bảo điều kiện làm việc của kết cấu

Để khôi phục điều kiện làm việc bình thường của kết cấu, trong phương án thiết kế nên có biện pháp ngăn chặn hoặc loại bỏ các yếu tố gây tăng tốc độ ăn mòn 

Gia cố phục hồi khả năng chịu lực của kết cấu

Căn cứ vào tính toán để xác định mức độ gia cố cho kết cấu. Các phương án gia cố thường dùng đối với bê tông cốt thép bị hư hỏng do ăn mòn như sau:

Bổ sung cốt thép chịu lực bị hư hỏng cục bộ (không mở rộng tiết diện)

Tiết diện cốt thép cần bổ sung xác định theo tính toán;

Liên kết thép cũ với thép mới bổ sung bằng hàn buộc, chiều dài mối hàn, mật độ nút buộc tuân thủ các quy phạm hiện hành. Thực hiện cho cả thép đai và thép cốt chủ 

Bổ sung cốt thép bị hư hỏng cục bộ nhưng không mở rộng tiết diện kết cấu

Gia cố bằng thép hình hoặc thép tròn có mở rộng tiết diện kết cấu

Áp dụng khi phải gia cố toàn bộ kết cấu chịu lực lớn 

Gia cố mở rộng tiết diện kết cấu

Gia cố bằng thép kéo căng

• Khoan xuyên kết cấu tạo hố luồn cáp và mố neo, luồn cáp vào cấu kiện và thực hiện căng cáp trong kết cấu, sau đó bơm chèn vữa xi măng vào hố cáp để bảo vệ cáp;
• Lắp đặt các mố neo, luồn cáp ngoài và căng cốt thép bên ngoài kết cấu. Cốt thép được bảo vệ bằng mỡ bơm vào trong ống luồn cáp.

Bảo vệ chống ăn mòn lâu dài cho kết cấu

Đối với các kết cấu bê tông

• Nếu bê tông đã bị ăn mòn cục bộ, đục bỏ phần bê tông đã bị ăn mòn, làm đầy các vị trí đã đục bỏ bằng lớp bê tông mới thỏa mãn những yêu cầu 
• Nếu bê tông đã bị ăn mòn trên toàn bộ bề mặt, không còn đủ khả năng chống ăn mòn, phải đục bỏ hết lớp bê tông đã hư hỏng và tạo lớp bê tông mới bảo vệ bổ sung toàn bộ mặt ngoài của kết cấu. 

Đối với các kết cấu bê tông cốt thép

1.Trong trường hợp kết cấu đã bị ăn mòn hoặc bê tông không còn khả năng bảo vệ cốt thép.

• Nếu kết cấu chỉ bị hư hỏng cục bộ: đục tẩy lớp bê tông bị bong lở xung quanh khu vực cốt thép bị gỉ, đánh gỉ cốt thép, chú ý bỏ cả lớp bê lông bị nhiễm các tác nhân xâm thực sau cốt thép, tối thiểu 20/30 mm. Chèn đầy các vị trí đã đục bỏ bằng cách đổ lại bê tông, bê tông phun khô, vữa trát có mác và độ chống thấm cao, bê tông phun khô kết hợp vữa trát, vữa bơm. Bê tông hoặc vữa mới dùng để sửa chữa phải có các tính năng thỏa mãn yêu cầu;
• Nếu bê tông mất khả năng bảo vệ cốt thép trên diện rộng tại nhiều vị trí của kết cấu, đặc biệt khi bê tông đã bị nhiễm nặng các tác nhân xâm thực của môi trường thì phải thiết kế chống ăn mòn cho toàn bộ kết cấu theo các biện pháp sau đây:

– Bảo vệ mặt ngoài của kết cấu.

+ Dùng lớp bê tông thường có lưới thép cấu tạo. Lưới thép loại f 4 mm đến 6 mm ô đan 150 mm đển 200 mm liên kết tốt với kết cấu cũ. Chiều dầy bê tông đổ mới tối thiểu 60 mm, trong đó chiều dầy bê tông bảo vệ cốt thép không nhỏ hơn giá trị trong Bảng 1 và 2. Phương án này nên áp dụng cho sửa chữa các kết cấu nền, kết cấu bản hoặc mặt khối đổ lớn có độ nghiêng ≤ 30°.

+ Có thể dùng bằng lớp bê tông phun khô có lưới thép cấu tạo. Lưới thép loại f 1 mm, đan ô 15 mm đến 25 mm được liên kết tốt với kết cấu cũ. Chiều dầy lớp bê tông phun tối thiểu tính tới lưới thép cấu tạo và mác bê tông phun phù hợp với yêu cầu. Phương án này nên áp dụng cho các kết cấu đứng, kết cấu trần.

+ Có thể dùng bằng lớp bê tông phun khô kết hợp vữa trát có lưới thép cấu tạo. Lưới thép loại f 1 mm, đan ô 15 mm đến 25 mm được liên kết tốt với kết cấu bên trong. Chiều dầy lớp bê tông phun tối thiểu tính tới lưới thép cấu tạo và mác bê tông phun phù hợp với yêu cầu. Phương án này nên áp dụng cho các kết cấu đứng, kết cấu trần có yêu cầu hoàn thiện bề mặt cao.

– Bảo vệ ca-tốt, phương pháp này chỉ áp dụng để bảo vệ các kết cấu thép khỏi bị ăn mòn khi không thể bảo vệ bằng phương pháp thông thường được. Phương pháp này sẽ có hướng dẫn riêng.

2.Trong trường hợp chiều dày lớp bê tông bảo vệ mỏng, không đạt mác chống thấm:

• Đối với các kết cấu có lớp bê tông bảo vệ mỏng, không đạt mác chống thấm như yêu cầu, thì có thể bảo vệ mặt ngoài bằng lớp bê tông phun khô, vữa trát chống thấm hoặc sơn chống thấm để ngăn chặn sự xâm nhập của nước và các tác nhân xâm thực vào kết cấu. Chiều dày lớp bê tông, vữa chống thấm mới phải được tính toán sao cho tổng chiều dày lớp bảo vệ cũ và mới đạt yêu cầu tối thiểu. Phương án bảo vệ bằng sơn chống thấm phủ bề mặt được thiết kế theo chỉ dẫn riêng
• Đối với các kết cấu có vết nứt rộng quá giới hạn cho phép, để bảo vệ cốt thép cần trám bịt vết nứt ngăn không cho các tác nhân xâm thực, không khí, hơi ẩm từ môi trường trực tiếp gây gỉ cốt thép. Tùy thuộc vào khả năng tiếp tục biến dạng, độ rộng và chiều sâu của vết nứt có thể lựa chọn một trong những cách làm sau:

– Trám miệng vết nứt bằng vữa xi măng mác cao, vữa e-po-xy vào các vết nứt nông, không biến dạng;

– Bơm keo epoxy độ nhớt thấp vào các vết nứt nhỏ, sâu, khô ráo;

– Trám miệng vết nứt bằng vữa xi măng mác cao, bơm keo PU (polyurethane) vào các vết nứt nhỏ, sâu, bị thấm nước;

– Nếu vết nứt vẫn chưa ổn định thì phải phun và bịt miệng vết nứt bằng vật liệu đàn hồi.

• Đối với các vết nứt có chiều rộng ≥ 0,5mm, các vết rỗ, mạch ngừng thấm nước hoặc các khuyết tật lớn có thể kết hợp gia cố kết cấu và bảo vệ cốt thép bằng bơm ép hồ.

Thi công sửa chữa

Trong công tác thi công sửa chữa các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép công trình thủy lợi bị ăn mòn cần chú ý:

1.Khi sửa chữa hoặc gia cố các kết cấu đã bị ăn mòn, đặc biệt là những kết cấu đã bị giảm khả năng chịu lực, nhất thiết phải chống đỡ kết cấu và giải phóng hoàn toàn hoặc một phần kết cấu cần sửa chữa khỏi trạng thái chịu lực. Các kết cấu chịu tải lớn có thể chia ra xử lý từng phần tiết diện.

2.Tẩy gỉ cốt thép, Cốt thép phải được đánh sạch gỉ bằng bàn chải sắt, hoặc phun cát. Khi cần sơn chống gỉ cốt thép phải đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn ASTM D 3963/D 3963M – 93a.

3.Liên kết giữa bê tông, vữa mới và bê tông cũ, để đảm bảo liên kết tốt giữa lớp bê tông hoặc vữa sửa chữa với lớp bê tông cũ cần làm như sau:

• Đục nhám bề mặt bê tông cũ, rửa sạch bề mặt bằng nước, để ráo nước sau đó mới thi công;
• Quét lên bề mặt bê tông cũ một lớp keo liên kết đáp ứng tiêu chuẩn ASTM C 1509-90.
• Sau đó thi công sửa chữa được thực hiện ngay khi lớp liên kết còn chưa bị khô.

Thi công bê tông và vữa sửa chữa

• Đổ bê tông: Thực hiện theo TCVN 9115-2012, nên sử dụng cốt liệu lớn có kích thước Dmax không vượt quá 1/3 kích thước nhỏ nhất của khối đổ và tạo liên kết tốt với bê tông cũ của kết cấu;
• Bơm vữa lỏng có gốc xi măng, không co ngót, theo hướng dẫn của nhà sản xuất hoặc theo các quy định hiện hành.

• Phun bê tông khô, thực hiện theo “Bê tông phun khô – Chỉ dẫn kỹ thuật thi công và nghiệm thu”.

• Trát vá bằng vữa sửa chữa bê tông áp dụng để sửa chữa các khuyết tật nhỏ và cục bộ. Trám làm nhiều lớp, chiều dầy mỗi lớp trát không quá 20 mm.

• Bảo dưỡng bê tông và vữa sửa chữa thực hiện theo TCVN 5592:1991.

Tham khảo thêm thông tin về Xử lý vết nứt tại đập không tràn bờ trong Công trình thủy điện Sơn La:

Nguyên nhân và biện pháp ngăn ngừa nứt bê tông rcc

Trên đây Công ty Phương Đông đã trình bày phương pháp sửa chữa bê tông thủy công, bê tông cốt thép để giúp Bạn có thể xử lý hư hỏng tại các công trình thủy lợi. 

Đơn giản và rõ ràng đúng không nào? Rất mong giới thiệu đến các Bạn nội dung tham khảo, giúp chủ đầu tư hay nhà thầu có thêm thông tin cần thiết để đưa ra phương án hiệu quả đáp ứng yêu cầu thực tế tại công trường.

Chúc các Bạn thành công!

Xin mời Theo Dõi và Thích chúng tôi tại:

989

2k