Cáp dự ứng lực không bám dính có vỏ bọc là một tao thép bảy sợi được phủ kín lớp mỡ chống ăn mòn rồi bọc ngoài bằng ống nhựa đùn liền (thường là HDPE hoặc PP), nên cáp nằm trong bê tông nhưng vẫn trượt tự do và không cần bơm vữa. Lực dự ứng lực được giữ hoàn toàn nhờ hai đầu neo trong suốt đời công trình.
Loại cáp này phổ biến trong sàn nhà cao tầng, sàn bãi đỗ xe, sàn nền nhà xưởng, vì nhẹ, nhanh, không cần ống gen hay bơm vữa. Trong dầm cầu, cáp bám dính có bơm vữa vẫn là lựa chọn chủ đạo; còn tao bọc mỡ và vỏ nhựa xuất hiện ở cầu dưới dạng khác, như dự ứng lực ngoài hay dây văng. Bài này giải thích cấu tạo, cách làm việc, ưu nhược điểm và vì sao người cải tạo nhà phải biết sàn có cáp không bám dính trước khi khoan.
Cấu tạo: tao thép, lớp mỡ, vỏ nhựa
Phần chịu lực là tao bảy sợi giống tao dùng trong dầm cầu, thường cỡ 12,7 hoặc 15,2 mm. Bên ngoài tao, nhà sản xuất phủ một lớp mỡ chuyên dụng chống ăn mòn, lấp đầy các khe giữa sáu sợi ngoài, rồi đùn một lớp vỏ nhựa liền bao kín. Vỏ phải đủ dày, đủ dai để chịu va chạm khi vận chuyển, đặt và đổ bê tông, đồng thời giữ mỡ không chảy ra.
Lớp mỡ có hai việc: chống rỉ suốt đời công trình, và giảm ma sát để tao trượt trong vỏ khi căng. Nhờ ma sát rất nhỏ, lực mất dọc đường cáp ít hơn nhiều so với tao luồn trong ống tôn, nên một bó sàn dài vẫn có thể căng từ một đầu.
Đầu neo của cáp đơn thường là khối neo đúc nhỏ có một lỗ côn và bộ nêm hai mảnh, đặt sát mép sàn. Ở môi trường khắc nghiệt (gần biển, bãi đỗ xe có nước bẩn), hệ thống được làm kín hoàn toàn: ống nối giữa vỏ nhựa và đầu neo, nắp chụp nhồi mỡ ở đầu neo, để không có đoạn tao nào lộ ra ngoài không khí ẩm.
Phân biệt với cáp "trần" dùng trong ống gen: cáp trần không mỡ, không vỏ, sau khi căng được bơm vữa để bám vào bê tông. Hai loại trông khác hẳn ngoài công trường: một bên là cuộn tao sáng màu thép, một bên là cuộn ống nhựa màu (thường xanh, đen hoặc đỏ) mềm dẻo.
Bám dính và không bám dính: khác nhau ở cách làm việc
Cùng là dự ứng lực căng sau, nhưng hai loại phản ứng khác nhau khi kết cấu chịu tải lớn hay bị cắt. Bảng tóm tắt khác biệt chính:
| Khía cạnh | Cáp bám dính (trong ống, bơm vữa) | Cáp không bám dính (bọc mỡ, vỏ nhựa) |
|---|---|---|
| Truyền lực vào bê tông | Qua neo và qua vữa dọc chiều dài | Chỉ qua hai đầu neo |
| Khi tiết diện nứt | Ứng suất thép tăng cục bộ tại vết nứt | Biến dạng trải đều cả chiều dài, ứng suất tăng ít hơn |
| Khi một đầu neo hỏng | Vữa còn giữ phần lớn lực trong cáp | Mất lực cả bó |
| Khi cắt cáp sau này | Ảnh hưởng chủ yếu quanh chỗ cắt | Cả bó tuột lực, có thể bật ra |
| Thi công | Cần ống, bơm vữa, kiểm tra độ đầy | Nhanh, nhẹ, không bơm vữa |
| Thay thế cáp | Gần như không thể | Về nguyên lý có thể thay từng tao |
Vì cáp không bám dính kém hiệu quả hơn khi tiết diện nứt và phụ thuộc hoàn toàn vào neo, tiêu chuẩn thiết kế thường yêu cầu bố trí thêm cốt thép thường có bám dính trong sàn để kiểm soát vết nứt và giữ khả năng chịu lực còn lại. Không thể "bỏ hết thép thường" chỉ vì đã có cáp.
Vì sao sàn nhà dùng nhiều, còn dầm cầu thì ít
Sàn nhà là cấu kiện mỏng, rộng, lặp lại nhiều tầng. Cáp đơn bọc nhựa có đường kính nhỏ, đặt sát mép trên ở vùng cột và sát mép dưới ở giữa nhịp, tận dụng tối đa chiều dày sàn. Không có ống gen nên cáp có thể nằm sâu hơn, độ lệch tâm lớn hơn. Không bơm vữa nên tầng sau có thể triển khai ngay sau khi căng tầng trước. Với nhà cao tầng làm theo nhịp vài ngày một sàn, điều đó rất đáng giá.
Dầm cầu thì khác. Cầu chịu tải trọng xe lặp lại hàng chục triệu lần suốt đời, nên bài toán mỏi của thép và neo quan trọng hơn. Cầu đứng ngoài trời, nhiều nơi gần sông, biển, nước mưa thấm qua khe co giãn; nếu toàn bộ lực của một bó chỉ nằm ở hai đầu neo, một đầu neo bị ăn mòn là mất cả bó. Với cáp bám dính có vữa đầy, dù một đầu neo hỏng, vữa vẫn giữ cáp làm việc. Vì vậy các tiêu chuẩn thiết kế cầu và thực tế xây dựng ưu tiên cáp trong có bơm vữa cho bó chịu lực chính.
Nói vậy không có nghĩa cầu không có tao bọc mỡ. Ở dự ứng lực ngoài (cáp đặt trong lòng dầm hộp, chỉ gắn với kết cấu ở khối neo và ụ chuyển hướng), người ta có thể dùng tao bọc mỡ và vỏ nhựa đặt trong ống HDPE để sau này kiểm tra và thay cáp được. Dây văng của nhiều cầu dây văng hiện đại cũng gồm các tao song song, mỗi tao được bảo vệ riêng bằng lớp chống ăn mòn và vỏ HDPE. Đó là cùng ý tưởng bảo vệ từng tao, nhưng hệ neo, chống mỏi và kiểm soát chất lượng ở cấp độ cao hơn nhiều so với cáp sàn.
Thi công sàn dùng cáp không bám dính: những điểm phải đúng
Trình tự cụ thể theo bản vẽ và biện pháp được duyệt; dưới đây là những điểm hay sai ngoài công trường:
- Đặt cốt thép lớp dưới, lắp con kê (chân đỡ) đúng cao độ ghi trên bản vẽ cáp. Cao độ cáp quyết định độ lệch tâm, sai vài milimét ở sàn mỏng đã là sai đáng kể về lực cân bằng.
- Rải cáp theo đúng thứ tự ghi trên bản vẽ để hai phương cáp đan đúng tầng trên dưới, không phải bẻ cáp tránh nhau tuỳ tiện.
- Buộc cáp chắc vào con kê để bê tông và đầm dùi không xô lệch; đường cáp nhìn từ trên phải mềm, không gãy góc.
- Kiểm vỏ nhựa trước khi đổ: chỗ rách, thủng phải quấn băng chống thấm chuyên dụng phủ chồng ra hai phía, không để mỡ chảy và nước xi măng lọt vào.
- Lắp đầu neo vuông góc với đường cáp, cố định chắc vào ván khuôn mép sàn, lắp cốt thép chống nứt sau neo theo bản vẽ.
- Đổ và đầm kỹ bê tông vùng sau neo, nơi rất dễ rỗ vì cốt thép dày; rỗ ở đây có thể làm bê tông vỡ khi căng.
- Căng khi bê tông đạt cường độ yêu cầu, đo độ giãn từng bó, cắt đuôi cáp bằng máy cắt đá, lắp nắp chụp mỡ và trám hốc neo bằng vữa không co ngót.
Trong quá trình làm, công nhân hay đi lại, đặt vật nặng lên cáp, làm tụt con kê hoặc dẹp vỏ. Một vòng kiểm tra cuối ngay trước khi đổ bê tông, đi dọc từng bó, thường phát hiện được nhiều chỗ phải sửa hơn mọi người nghĩ.
Rủi ro lớn nhất về sau: khoan, cắt, đục sàn có cáp
Mọi thứ đổi khác khi toà nhà đã dùng nhiều năm và chủ mới muốn cải tạo: khoan lỗ thông tầng, cắt sàn làm cầu thang, khoan neo bu lông treo thiết bị. Ở sàn dùng cáp không bám dính, tao cáp vẫn đang giữ lực rất lớn và chỉ dựa vào hai đầu neo. Khoan trúng hoặc cắt đứt một tao là giải phóng lực của cả bó: tao có thể giật mạnh, bật ra ở mép sàn hoặc chỗ cắt, gây nguy hiểm cho người, đồng thời sàn mất ngay phần lực đã thiết kế.
Vì vậy trước bất kỳ việc khoan cắt nào trên sàn dự ứng lực, cần tìm hồ sơ hoàn công thể hiện đường cáp, và dùng thiết bị dò (ví dụ máy quét radar xuyên bê tông) để định vị cáp thực tế. Việc mở lỗ lớn phải có kỹ sư kết cấu tính lại và đưa ra biện pháp, có thể phải gia cường trước, cắt và neo lại cáp theo quy trình chuyên biệt. Đây không phải việc thợ khoan tự làm theo kinh nghiệm.
Người mua, thuê mặt bằng ở toà nhà sàn không dầm nên hỏi ban quản lý sàn có dự ứng lực hay không trước khi lên phương án cải tạo. Nhiều toà nhà có quy định cấm khoan sâu quá một mức nhất định chính vì lý do này. Với sàn cáp bám dính, việc cắt cũng cần kỹ sư, nhưng hậu quả cục bộ hơn vì vữa vẫn giữ phần cáp còn lại.
Kiểm tra và bảo quản cáp vỏ bọc trước khi dùng
Cáp không bám dính được kiểm và giữ khác cáp trần ở vài điểm:
- Vỏ nhựa liên tục, không nứt, không rách, không bẹp; không chịu được nắng gắt lâu ngày nên cần che chắn khi để ngoài trời.
- Mỡ phủ đầy và đều quanh tao, không có đoạn khô; nhà sản xuất thường ghi lượng mỡ tối thiểu trên mét trong chứng chỉ.
- Chứng chỉ có cả phần tao thép (chỉ tiêu như cáp trần) và phần vật liệu vỏ, mỡ; đối chiếu số cuộn.
- Khi tuốt vỏ để lắp neo, chỉ tuốt đúng chiều dài cần thiết và lau mỡ phần tao sẽ nằm trong nêm, vì mỡ trong nêm làm nêm trượt.
- Cuộn cáp không kéo lê trên nền bê tông, cốt thép; vỏ rách dài phải đánh giá lại, không chỉ quấn băng qua loa.
Lỗi hay gặp là để đoạn tao đã tuốt vỏ lộ ra quá dài ở gần đầu neo, không được nắp chụp và vữa trám bảo vệ. Đó chính là đoạn yếu nhất về ăn mòn trong cả hệ, và vì cáp không có vữa bám, rỉ ở đây đe doạ cả bó.
Căng cáp sàn: lực nhỏ hơn cầu nhưng nguyên tắc vẫn vậy
Mỗi bó cáp sàn thường chỉ là một tao, căng bằng kích đơn tao nhẹ do một hai người cầm. Vì lực mỗi tao nhỏ hơn bó cáp cầu rất nhiều, nhiều người coi nhẹ khâu này. Thực tế các nguyên tắc vẫn giữ nguyên: bê tông phải đạt cường độ quy định trước khi căng, kích và đồng hồ phải có kiểm định còn hạn, độ giãn từng tao phải đo và đối chiếu với bảng tính, tụt neo phải nằm trong giới hạn.
Ở sàn, ma sát trong vỏ nhựa nhỏ nên độ giãn đo được thường sát tính toán; một tao giãn quá ít so với các tao cùng chiều dài là dấu hiệu tao bị kẹt do vỏ bẹp, bê tông vón quanh chỗ vỏ rách, hoặc con kê làm gãy góc đường cáp. Một tao giãn quá nhiều có thể đang trượt ở neo cố định chôn trong bê tông, chỗ không còn sửa được bằng tay.
Thứ tự căng các bó trong một sàn cũng có ý nghĩa: căng một phần để sàn tự đỡ được trọng lượng bản thân, tháo bớt cây chống đúng thời điểm, căng hết theo trình tự ghi trên bản vẽ. Tháo chống trước khi căng đủ, hoặc căng lệch hẳn một phía, có thể gây nứt sàn ngay từ những ngày đầu.
Câu hỏi thường gặp
Sàn dự ứng lực dùng cáp không bám dính có an toàn không?
Có, khi được thiết kế và thi công đúng tiêu chuẩn. Loại sàn này đã dùng rộng rãi nhiều thập kỷ ở nhiều nước. Rủi ro chủ yếu đến từ ăn mòn đầu neo do thi công bảo vệ kém, và từ việc khoan cắt tuỳ tiện khi cải tạo mà không biết vị trí cáp.
Làm sao biết sàn nhà mình có cáp dự ứng lực?
Cách chắc chắn là xem hồ sơ thiết kế hoặc hoàn công kết cấu. Dấu hiệu gợi ý là sàn phẳng không dầm, nhịp lớn, có các hốc neo đã trám dọc mép sàn hoặc vách. Khi cần khoan, thuê đơn vị dò cáp bằng thiết bị chuyên dụng thay vì đoán.
Cáp vỏ bọc có phải bơm vữa không?
Không. Lớp mỡ và vỏ nhựa đã làm nhiệm vụ chống ăn mòn và cho tao trượt tự do. Chỉ có hốc neo sau khi căng là được trám bằng vữa không co ngót, cùng với nắp chụp mỡ để bảo vệ đầu tao và nêm.
Có dùng cáp vỏ bọc cho dầm cầu nhỏ ở nông thôn được không?
Việc chọn hệ dự ứng lực là quyết định của người thiết kế dựa trên tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành. Với dầm cầu chịu lực chính, thực tế và tiêu chuẩn ưu tiên cáp trong ống có bơm vữa. Không nên tự thay loại cáp vì thấy vỏ bọc dễ làm hơn.
Cáp vỏ bọc bị rách vỏ khi thi công thì xử lý thế nào?
Rách nhỏ thì làm sạch, bổ sung mỡ nếu bị mất rồi quấn băng chống thấm chuyên dụng phủ chồng ra hai phía chỗ rách. Rách dài, vỏ bong nhiều đoạn hoặc tao lộ ra đã dính vữa xi măng thì nên báo kỹ thuật đánh giá, có thể phải thay đoạn cáp đó.
Thay một tao cáp không bám dính trong sàn có làm được không?
Về nguyên lý có thể, vì tao trượt được trong vỏ: nhả lực, rút tao cũ, luồn tao mới và căng lại. Thực tế đây là công việc chuyên biệt, phải có thiết kế, biện pháp chống đỡ tạm và đơn vị có kinh nghiệm, nhất là khi đầu neo đã bị ăn mòn hoặc bị trám kín nhiều năm.