Bê tông của dầm, trụ, mố cầu được kiểm cường độ chủ yếu bằng cách đúc mẫu tại chỗ khi đổ, bảo dưỡng theo tiêu chuẩn rồi nén ở các tuổi quy định (thường có 28 ngày); khi kết quả nén mẫu không đạt hoặc có nghi ngờ về chất lượng cấu kiện, người ta dùng thêm các phép thử trên chính kết cấu như súng bật nẩy, siêu âm và khoan lấy lõi. Cốt thép và cáp dự ứng lực được kiểm bằng chứng chỉ kèm thí nghiệm kéo, uốn theo lô.
Cầu khác nhà dân dụng ở chỗ bê tông thường có cấp bền cao hơn, nhiều cấu kiện dự ứng lực phải đủ cường độ mới được căng cáp, và nhiều phần nằm dưới nước, khó sửa. Vì vậy thí nghiệm bê tông ở công trường cầu không chỉ để có hồ sơ, mà còn quyết định thời điểm tháo ván khuôn, căng cáp, lao dầm.
Mẫu đúc: con số 28 ngày đến từ đâu và các tuổi khác
Khi đổ bê tông một cấu kiện, người lấy mẫu múc bê tông từ đúng mẻ đổ vào cấu kiện, đổ vào khuôn mẫu (thường là khối lập phương cạnh 150 mm theo thông lệ Việt Nam, hoặc trụ tròn theo tiêu chuẩn nước ngoài), đầm theo quy định, để trong khuôn khoảng một ngày rồi tháo ra bảo dưỡng ẩm ở điều kiện chuẩn. Một tổ mẫu thường gồm vài viên; kết quả là trung bình có xét đến viên lệch.
Tuổi 28 ngày là quy ước từ lâu của ngành bê tông: với xi măng thông thường, đến khoảng tuổi này bê tông đã đạt phần lớn cường độ, đủ ổn định để làm mốc đánh giá. Cấp độ bền (ký hiệu B kèm con số, như B30, B40) hay mác bê tông trong hồ sơ thiết kế đều nói về cường độ ở mốc này, với cách tính thống kê khác nhau.
Ở công trường cầu, các tuổi sớm cũng quan trọng. Dầm dự ứng lực căng trước hay căng sau chỉ được buông hoặc căng cáp khi bê tông đạt một tỷ lệ cường độ thiết kế quy định; đốt đúc hẫng chỉ được căng cáp và di chuyển xe đúc khi bê tông đốt đó đủ cường độ. Vì vậy thường đúc thêm tổ mẫu để nén ở 3, 5 hay 7 ngày, bảo dưỡng cùng điều kiện với cấu kiện, để quyết định thời điểm làm bước tiếp theo.
Những lỗi lấy và bảo dưỡng mẫu làm kết quả sai lệch
Phần lớn các tranh cãi về cường độ bê tông xuất phát từ mẫu, không phải từ máy nén. Các lỗi hay gặp:
- Lấy mẫu ở đầu mẻ hoặc cuối mẻ thay vì phần giữa, hoặc lấy ở máng xe trộn trước khi thêm phụ gia tại công trường.
- Đúc mẫu từ bê tông đã bị thêm nước để dễ bơm, trong khi cấu kiện nhận bê tông chưa thêm nước, hoặc ngược lại.
- Đầm mẫu quá ít hoặc quá kỹ so với quy định; khuôn mẫu méo, không kín, không bôi dầu.
- Để mẫu ngoài nắng gió ngày đầu, mẫu mất nước, nứt mặt; vận chuyển mẫu non tuổi trên xe xóc.
- Bảo dưỡng mẫu trong bể nước sạch đúng chuẩn trong khi cấu kiện ngoài trời bảo dưỡng sơ sài, hoặc ngược lại; kết quả mẫu khi đó không phản ánh cấu kiện.
- Không ghi số hiệu mẫu gắn với cấu kiện, vị trí, giờ đổ, xe bê tông số mấy.
Mỗi lỗi trên có thể đẩy kết quả lên hoặc kéo xuống. Một tổ mẫu không đạt do lỗi lấy mẫu dẫn tới khoan lõi tốn kém trên một cấu kiện thật ra tốt; một tổ mẫu đạt do được ưu ái lại che giấu cấu kiện yếu. Giám sát chứng kiến lấy mẫu và đánh dấu mẫu ngay tại chỗ là cách rẻ nhất để tránh cả hai.
Các phép thử trên kết cấu khi nghi ngờ cường độ
Khi kết quả nén mẫu không đạt, hoặc cấu kiện có dấu hiệu bất thường (rỗ, nứt, đổ gián đoạn), người ta kiểm trực tiếp trên kết cấu. Mỗi phương pháp có độ tin cậy và mức phá huỷ khác nhau:
| Phương pháp | Đo cái gì | Ưu điểm | Giới hạn |
|---|---|---|---|
| Súng bật nẩy | Độ cứng bề mặt qua độ nảy của quả búa lò xo | Rất nhanh, không phá huỷ, khoanh vùng tốt | Chỉ phản ánh lớp mặt vài centimét, bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, cacbonat hoá, độ nhẵn |
| Siêu âm | Vận tốc xung siêu âm truyền qua bê tông | Phát hiện rỗng, nứt, vùng kém đặc bên trong | Quy đổi ra cường độ cần đường chuẩn, ảnh hưởng bởi cốt thép và độ ẩm |
| Kết hợp bật nẩy và siêu âm | Hai chỉ số trên quy đổi cùng lúc | Chính xác hơn từng phép riêng | Vẫn là ước tính, nên hiệu chỉnh bằng lõi khoan |
| Khoan lấy lõi | Nén trực tiếp mẫu khoan từ kết cấu | Đo thật cường độ bê tông tại chỗ | Phá huỷ cục bộ, phải tránh cốt thép và cáp, phải sửa lỗ khoan |
Cách làm hợp lý thường đi theo thứ tự: dùng súng bật nẩy và siêu âm trên diện rộng để khoanh vùng nghi ngờ và vùng tốt, rồi khoan một số lõi ở cả hai vùng để hiệu chỉnh. Kết luận về cường độ cấu kiện dựa trên tổng hợp, do tư vấn có chuyên môn đánh giá theo tiêu chuẩn.
Khoan lõi trên cầu: những điều cần thận trọng
Dò cốt thép và cáp trước. Trên dầm dự ứng lực, khoan trúng cáp hay ống gen có thể gây hư hỏng nghiêm trọng. Trước khi khoan phải dò vị trí cốt thép, cáp bằng thiết bị dò và đối chiếu bản vẽ, chọn vị trí khoan ở vùng ứng suất thấp theo ý kiến của kỹ sư kết cấu.
Kích thước và số lõi. Đường kính lõi phải đủ lớn so với cỡ hạt cốt liệu lớn nhất, tỷ lệ chiều cao trên đường kính theo tiêu chuẩn, và số lõi đủ để đánh giá thống kê. Lõi quá nhỏ hoặc quá ít cho kết quả phân tán, khó kết luận.
Quy đổi kết quả. Cường độ lõi khoan thường không bằng cường độ mẫu đúc cùng mẻ, vì lõi chịu ảnh hưởng của vị trí, hướng khoan, quá trình bảo dưỡng thực tế và tác động của chính việc khoan. Tiêu chuẩn có cách quy đổi và tiêu chí chấp nhận riêng cho lõi khoan, không so trực tiếp con số lõi với cấp bền thiết kế.
Sửa lỗ khoan. Lỗ khoan phải được lấp bằng vữa hoặc bê tông không co ngót có cường độ phù hợp, làm sạch và tạo nhám thành lỗ trước, để không thành chỗ nước thấm vào cốt thép.
Cốt thép thường và cáp dự ứng lực: kiểm những gì
Thép cốt bê tông đến công trường kèm chứng chỉ của nhà sản xuất cho từng lô. Ngoài chứng chỉ, chỉ dẫn kỹ thuật thường yêu cầu lấy mẫu theo lô để thử kéo (xác định giới hạn chảy, giới hạn bền, độ giãn dài) và thử uốn (kiểm thép có bị nứt ở mặt ngoài khi uốn quanh gối uốn quy định không). Thép cho cầu thường có mác cao hơn thép nhà dân dụng, và đường kính lớn, nên phải kiểm đúng mác trên phiếu với mác trên bản vẽ.
Mối nối cốt thép cũng là đối tượng thí nghiệm: mối hàn, mối nối bằng ống ren hoặc ống ép được thử kéo theo tần suất quy định để bảo đảm mối nối không phải điểm yếu. Với mối nối ren, kiểm cả việc ren có đủ chiều dài và vặn đủ chặt hay không, vì lỗi thi công thường nằm ở đó chứ không ở vật liệu ống nối.
Cáp dự ứng lực được kiểm qua chứng chỉ xuất xưởng (cấp cường độ, lực kéo đứt, độ giãn dài, độ chùng ứng suất) và thử kéo mẫu theo lô ở phòng thí nghiệm có thiết bị phù hợp. Neo, nêm và ống nối cáp đi kèm hồ sơ thử nghiệm hệ neo. Phòng thí nghiệm hiện trường ít khi đủ thiết bị kéo cáp, nên mẫu thường gửi về phòng lớn và phải tính thời gian chờ trước khi đưa cáp vào dùng.
Đọc kết quả và tìm đơn vị thí nghiệm phù hợp
Phiếu nén mẫu bê tông nên ghi rõ cấu kiện, ngày đổ, ngày nén, tuổi mẫu, kích thước mẫu, lực phá hoại từng viên, cường độ từng viên và trung bình, hệ số quy đổi kích thước nếu có, và yêu cầu so sánh. Một phiếu chỉ ghi cường độ trung bình mà không có từng viên làm mất thông tin về độ phân tán, thứ quan trọng khi đánh giá theo cấp độ bền.
Khi cường độ không đạt, không có kết luận tự động "phải đập bỏ". Trình tự thường gặp là kiểm lại hồ sơ lấy mẫu, đánh giá trên kết cấu bằng các phép thử ở trên, rồi tư vấn thiết kế kiểm toán lại cấu kiện với cường độ thực tế. Có trường hợp cấu kiện vẫn đủ khả năng chịu lực, có trường hợp phải gia cường, hiếm hơn mới phải thay thế.
Các phép thử súng bật nẩy, siêu âm và khoan lõi trên cầu đòi hỏi đơn vị có danh mục phép thử phù hợp và kinh nghiệm với kết cấu dự ứng lực. Danh bạ doanh nghiệp cầu đường của trang có nhóm tư vấn, kiểm định theo tỉnh; nên hỏi đơn vị về các công trình cầu họ đã kiểm tra và yêu cầu xem danh mục phép thử trước khi giao việc.
Nhận bê tông ở công trường cầu: kiểm trước khi đổ
Mẫu đúc chỉ cho kết quả sau nhiều ngày. Những kiểm tra ngay lúc xe bê tông tới mới là hàng rào đầu tiên, nhất là với cấu kiện quan trọng như dầm, bản mặt cầu, cọc khoan nhồi:
- Đối chiếu phiếu giao hàng với cấu kiện sắp đổ: đúng cấp bền, đúng cỡ đá, đúng loại phụ gia, đúng cấp phối đã duyệt cho hạng mục đó.
- Xem giờ trộn trên phiếu: bê tông để quá lâu kể từ khi trộn sẽ mất độ linh động; chỉ dẫn kỹ thuật thường giới hạn thời gian từ lúc trộn đến lúc đổ xong.
- Đo độ sụt (hoặc độ chảy loang với bê tông tự lèn) ngay tại máng xe, so với khoảng cho phép; độ sụt vượt nhiều là dấu hiệu đã thêm nước.
- Đo nhiệt độ hỗn hợp, nhất là mùa hè và khi đổ khối lớn; bê tông quá nóng ninh kết nhanh, dễ nứt.
- Quan sát bằng mắt: hỗn hợp phân tầng, tách nước, vón cục, màu khác các xe trước thì dừng lại hỏi trước khi cho bơm.
- Từ chối xe không đạt và ghi biên bản, thay vì "cho đổ rồi tính". Bê tông đã vào dầm thì việc sửa sai tốn gấp nhiều lần một xe hàng bị trả về.
Với cọc khoan nhồi và bê tông đổ dưới nước, yêu cầu về độ sụt và thời gian càng chặt, vì bê tông phải tự chảy qua ống đổ và không có cách nào đầm hay quan sát được khi đã vào hố. Ở đây, người nhận bê tông tại miệng phễu giữ vai trò quyết định chất lượng cọc.
Câu hỏi thường gặp
Mác bê tông và cấp độ bền khác nhau thế nào?
Mác là cách gọi cũ, dựa trên cường độ nén trung bình của mẫu lập phương. Cấp độ bền là cách gọi theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, dựa trên cường độ đặc trưng có xét đến độ phân tán thống kê. Hai cách có bảng quy đổi gần đúng; khi đọc hồ sơ cần biết thiết kế dùng cách nào.
Kết quả nén 7 ngày có dùng để dự đoán 28 ngày được không?
Chỉ dùng để tham khảo xu hướng. Tốc độ phát triển cường độ phụ thuộc loại xi măng, phụ gia, nhiệt độ bảo dưỡng; một tỷ lệ chung giữa 7 và 28 ngày không đúng cho mọi hỗn hợp. Đánh giá chính thức vẫn dựa trên tuổi quy định trong thiết kế, thường là 28 ngày.
Súng bật nẩy có thay được nén mẫu không?
Không. Súng bật nẩy chỉ đo độ cứng lớp mặt bê tông và phải quy đổi qua đường chuẩn, bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, tuổi, cacbonat hoá bề mặt. Nó tốt để so sánh tương đối giữa các vùng và khoanh vùng nghi ngờ, không dùng làm căn cứ duy nhất để kết luận cường độ.
Khoan lõi có làm yếu dầm cầu không?
Mỗi lõi lấy đi một phần nhỏ bê tông. Nếu vị trí khoan được kỹ sư kết cấu chọn ở vùng ứng suất thấp, đã dò tránh cốt thép và cáp, và lỗ được sửa bằng vật liệu phù hợp, ảnh hưởng là chấp nhận được. Khoan tuỳ tiện trên dầm dự ứng lực là việc không được làm.
Vì sao bê tông dầm dự ứng lực phải đủ cường độ mới được căng cáp?
Khi căng cáp, lực rất lớn tập trung tại đầu neo và nén vào bê tông. Nếu bê tông chưa đủ cường độ, vùng đầu neo có thể vỡ, dầm bị co ngắn và từ biến nhiều hơn dự tính. Vì vậy thiết kế quy định cường độ tối thiểu tại thời điểm căng, kiểm bằng mẫu đúc bảo dưỡng cùng điều kiện với dầm.
Thép có chứng chỉ của nhà sản xuất rồi, sao còn phải thử kéo?
Chứng chỉ cho biết lô thép khi ra khỏi nhà máy. Thử kéo mẫu lấy tại công trường xác nhận thép đến công trường đúng là lô đó, đúng mác, không bị lẫn hàng. Đây là yêu cầu phổ biến trong chỉ dẫn kỹ thuật, đặc biệt với thép đường kính lớn và thép cho cấu kiện chịu lực chính.