Bê tông HPC là giải pháp để xây dựng đường cao tốc trên cao

(Xây dựng) – Nhiều nghiên cứu và thử nghiệm trong thực tế cho thấy, dầm bê tông cường độ cao có nhiều ưu điểm vượt trội và hoàn toàn có thể đảm bảo tính khả thi trong việc xây dựng đường cao tốc trên cao tại Đồng bằng sông Cửu Long.

Bê tông HPC có nhiều ưu điểm vượt trội so với bê tông thông thường.

Bê tông HPC có nhiều ưu điểm vượt trội

Tại Việt Nam, bê tông cường độ cao hay bê tông tính năng cao (High-Strength Concrete/High Performance Concrete – HPC) được coi là một loại vật liệu mới. Nhưng trên thế giới, bê tông HPC đã được áp dụng trong hơn 70 năm qua. Kể từ đó đến nay, định nghĩa về bê tông HPC đã thay đổi nhiều và phụ thuộc vào từng quốc gia, tổ chức.

Vào năm 1950, bê tông HPC là bê tông có cường độ chịu nén danh định 34Mpa. Đến ngày nay, bê tông HPC được định nghĩa là bê tông có cường độ nén danh định từ 50Mpa – 55Mpa trở lên (cường độ nén mẫu hình trụ 15cm x 30cm ở 28 ngày tuổi trong điều kiện tiêu chuẩn).

Cụ thể, tại Việt Nam, Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10306:2014 định nghĩa bê tông HPC là bê tông có cường độ chịu nén danh định f’c ≥ 55Mpa (mẫu hình trụ D=150mm, H=300mm).

Trong khi đó, Hiệp hội bê tông Hoa Kỳ quy định bê tông HPC có cường độ danh định f’c = 55Mpa – 100Mpa. Tiêu chuẩn châu Âu định nghĩa bê tông HPC từ 50Mpa (C50/60 – cường độ nén 50 Mpa với mẫu trụ 15cm x 30cm, 60Mpa đối với mẫu lập phương 15xm x 15cm x 15cm).

Thi công, lao lắp dầm T ngược bê tông HPC tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Hiện nay, bê tông HPC đã được ứng dụng phổ biến cho các cấu kiện chịu lực lớn (nhà cao tầng, dầm cầu, thân trụ, tháp cầu dây văng…), kết cấu vượt nhịp lớn… Kết quả từ các nghiên cứu thi công thực tế cho thấy, bê tông HPC có nhiều ưu điểm vượt trội, trước hết là cường độ chịu lực cao hơn nhiều so với bê tông thường.

Ngoài ra, loại bê tông này cũng giảm kích thước kết cấu, vượt nhịp lớn, giảm tĩnh tải và giảm kích thước nền móng. Khả năng chống thấm cao, chống ăn mòn cũng rất tốt. Không những thế, bê tông HPC còn giảm phát thải CO2 do sử dụng ít vật liệu, giảm nhân lực và rút ngắn thời gian thi công.

Tại Việt Nam, dầm bê tông cường độ cao 50Mpa (Super-T) được sử dụng lần đầu tiên tại dự án cầu Mỹ Thuận vào năm 1997 với chiều dài nhịp 40m. Sau đó, dầm Super-T được áp dụng phổ biến trong xây dựng các cầu: Tân Đệ, Quý Cao, Rạch Miễu, Cần Thơ, dự án đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương…

Bê tông HPC sẽ đảm bảo việc xây dựng cao tốc ở Đồng bằng sông Cửu Long

Nhưng bên cạnh các ưu điểm nổi trội, sau hơn 15 năm ứng dụng tại Việt Nam, dầm Super-T cũng đã bộc lộ một số nhược điểm, đáng chú ý nhất là nứt dầm tại vị trí nách dầm, vị trí cắt khấc đầu dầm. Hiện nay vẫn chưa có giải pháp thiết kế để khắc phục triệt để các vết nứt này. Do đó, việc áp dụng dầm Super-T cho các dự án vùng xâm thực khó đảm bảo yêu cầu tuổi thọ thiết kế.

Với chiều dày sườn dầm mỏng chỉ 0,1m, bề rộng đáy dầm chỉ 0,7m dẫn đến khả năng chịu lực của dầm bị hạn chế. Khoảng cách giữa các dầm chỉ khoảng 2,2m – 2,4m sẽ cần số lượng dầm trên mặt cắt ngang cầu nhiều tăng tĩnh tải, tăng chi phí và thời gian thi công kết cấu nhịp và kết cấu móng, mố, trụ cầu.

Tình hình này khiến việc nghiên cứu áp dụng bê tông HPC khắc phục các nhược điểm, đảm bảo tính kinh tế – kỹ thuật hơn so với dầm Super-T là rất cần thiết và cấp bách.

Từ năm 2017, dầm U bê tông HPC đã được sử dụng tại nhiều dự án ở Việt Nam.

ThS. Nguyễn Trọng Nghĩa – Giám đốc Công ty Cổ phần Tư vấn Synectics cho biết, Synectics đã phối hợp với Viện Kết cấu bê tông thuộc trường Đại học kỹ thuật TU Graz (Áo) nghiên cứu, đưa vào sử dụng 2 loại dầm bê tông HPC đảm bảo tính kinh tế – kỹ thuật so với các loại dầm đang sử dụng phổ biến hiện nay tại Việt Nam.

Thứ nhất là dầm T ngược bê tông HPC (50Mpa – 80Mpa) áp dụng cho các cầu vượt trong đô thị, cầu trong khu vực địa chất yếu với chiều cao kiến trúc thấp, tải trọng nhẹ.

Loại dầm này đã được ứng dụng tại Việt Nam trên 15 năm, đảm bảo an toàn và độ tin cậy cao, chi phí xây dựng thấp (chỉ khoảng 14,5 – 18,5 triệu đồng/m2 cầu), hoàn toàn đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật cạnh tranh so với các giải pháp kết cấu khác cùng chiều dài.

Thứ hai là dầm U bê tông HPC (60Mpa – 70Mpa) áp dụng cho các cầu cạn trong đô thị, cầu trên các quốc lộ, đường cao tốc… với chiều dài vượt nhịp lớn, khoảng cách giữa các dầm lớn từ 3,5m – 4,0m.

Dầm U được thiết kế đảm bảo an toàn, có các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật vượt trội so với dầm Super-T. Cụ thể, 1km cầu cạn đường cao tốc sử dụng dầm U giảm 35% – 40% số lượng dầm so với dầm Super-T. Thời gian thi công, lao lắp rút ngắn 35% – 40% thời gian. Ngoài ra, dầm U cũng không phải đầu tư thiết bị thi công mới mà chỉ cần sử dụng thiết bị cẩu lắp dầm Super-T.

Từ những phân tích nêu trên, ThS. Nguyễn Trọng Nghĩa nhận định, dầm bê tông HPC sẽ đảm bảo tính khả thi trong việc xây dựng đường cao tốc tại Đồng bằng sông Cửu Long, bảo vệ môi trường tự nhiên, môi trường xã hội, đảm bảo phát triển bền vững và thích ứng với biến đổi khí hậu.