Phân tích những tồn tại về quy định vật liệu sử dụng trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép TCVN 5574:2012

57 S¬ 19 - 2015 Tóm tắt Bài viết sau đây trình bày những điểm còn hạn chế về vật liệu sử dụng bê tông và cốt thép của tiêu chuẩn thiết kế được ban hành năm 2012. TCVN 5574:2012 – Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế. Abstract This paper presents some the limited points of using concrete material and reinforcement of design standards was issued in 2012 of Vietnam. Concrete and reinfoced concrete structures – Design standard. ThS. Đỗ Trường Giang Trung tâm Thí nghiệm và Kiểm định Chất lượng Công trình ĐT: 0982.574.513 Email: giangdt91@gmail.com 1. Đặt vấn đề Việc ban hành tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574: 2012 để thay thế TCXDVN: 356-2005 – “Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế” là việc làm tuân thủ theo các quy định của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật đã được Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam phê chuẩn vào ngày 29 tháng 6 năm 2006. Cho đến nay, TCVN 5574:2012 đã chính thức được công bố nhưng các tồn tại của TCXDVN 356:2005 gần như không được khắc phục, trong đó có các tiêu chuẩn viện dẫn hiện hành về vật liệu sử dụng trong kết cấu bê tông cốt thép. Phần trình bày sau đây sẽ đi vào chi tiết nội dung đó. 2. Sự không đồng bộ với hệ thống TCVN đã công bố liên quan đến vật liệu bê tông và cốt thép 2.1. Vật liệu bê tông Bê tông được sử dụng theo yêu cầu của TCVN 5574: 2012, khi sử dụng làm kết cấu chịu lực là loại bê tông được định nghĩa theo cấp độ bền chịu nén (B) và cấp độ bền chịu kéo dọc trục (Bt) [1] Cấp độ bền chịu nén của bê tông: Ký hiệu bằng chữ B, là giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu nén tức thời, tính bằng đơn vị MPa, với xác suất đảm bảo không dưới 95 %, xác định trên các mẫu lập phương kích thước tiêu chuẩn (150 mm x 150 mm x 150 mm) được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày. Cấp độ bền chịu kéo của bê tông: Ký hiệu bằng chữ Bt, là giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu kéo tức thời, tính bằng đơn vị MPa, với xác suất đảm bảo không dưới 95 %, xác định trên các mẫu kéo chuẩn được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm kéo ở tuổi 28 ngày. Trong thực tế xây dựng hiện nay, phần lớn các hồ sơ thiết kế đều chỉ chú trọng đến cấp độ bền chịu nén mà không chú trọng đến cấp độ bền chịu kéo, nên các đơn vị cung cấp bê tông dễ dàng đáp ứng được yêu cầu về nén thông qua việc bổ sung phụ gia vào cấp phối bê tông trong quá trình chế tạo. Điều này đã làm cho bê tông dòn hơn, khả năng chịu kéo bị giảm đi nghiêm trọng và kết quả là khá nhiều kết cấu chịu lực bị nứt sớm với bề rộng gần đến giới hạn cho phép, ngay khi vừa dỡ ván khuôn, điều này sẽ làm suy giảm đáng kể chất lượng của kết cấu xây dựng do chưa được chú trọng đúng mức về cấp độ bền chịu kéo của bê tông. Theo khái niệm về cấp độ bền của bê tông như trên, với cấp độ bền chịu nén, TCVN 5574: 2012 đã chỉ ra mẫu thử tiêu chuẩn cụ thể. Và khái niệm này được hiểu chính là cường độ đặc trưng của các mẫu, do vậy nếu vận dụng TCVN 3118: 1993 để tiến hành thử nghiệm nhằm đánh PhÝn tÈch nhùng tën tÂi vå quy ½Ình vât lièu sø dÖng trong tiãu chuàn thiät kä kät cÞu bã téng v¿ bã téng cêt thÃp TCVN 5574:2012 ThS. }í Trõñng Giang 58 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG KHOA H“C & C«NG NGHª giá chất lượng của bê tông sử dụng thì số lượng mẫu được lấy tối thiểu phải là 15 mẫu. Với cấp độ bền chịu kéo, TCVN 5574: 2012 không chỉ ra được mẫu thử tiêu chuẩn cụ thể như thế nào, mặt khác hệ thống TCVN về thử nghiệm xác định chỉ tiêu về cường độ kéo của bê tông chưa đề cập đến kéo dọc trục (chỉ có thử nghiệm xác định cường độ kéo khi uốn theo TCVN 3119: 1993 và xác định cường độ kéo khi bửa theo TCVN 3120: 1993), với sự thiếu đồng bộ này sẽ làm khó khăn cho thực tế thiết kế, thi công và nghiệm thu các công trình bằng kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Có thể thấy rằng: việc quy định cấp độ bền (hay là cường độ đặc trưng) của bê tông trong tiêu chuẩn thiết kế như hiện nay là một bước tiến đáng kể nhằm kiểm soát chất lượng công tác thi công sâu sắc hơn, điều đó sẽ giúp cho việc nâng cao đáng kể chất lượng xây dựng các công trình bằng bê tông và bê tông cốt thép. 2.2. Vật liệu thép dùng cho kết cấu bê tông cốt thép Vật liệu thép được chỉ dẫn sử dụng trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện hành TCVN 5574: 2012 là các loại thép được viện dẫn theo các tiêu chuẩn: TCVN 1651: 2008 – Thép cốt bê tông cán nóng; TCVN 6284: 1997 – Thép cốt bê tông dự ứng lực (phần 1-5). Tuy nhiên bên trong nội dung của tiêu chuẩn, khi đề cập đến các vấn đề về tính toán, cấu tạo bê tông cốt thép thì các loại thép theo hai tiêu chuẩn trên lại không được đề cập đến, thay vào đó, với thép cốt bê tông cán nóng được trình bày trong tiêu chuẩn thiết kế trong các bảng của phần tính toán là các loại thép được trích dẫn theo TCVN 1651: 1985. Với thép cốt bê tông dự ứng lực thì hoàn toàn không liên quan gì đến TCVN 6284: 1997, thay vào đó là các loại thép sử dụng được lấy theo tiêu chuẩn của Nga (GOST 5281:82*). Như vậy, trong công tác thiết kế, việc lựa chọn vật liệu thép sử dụng sẽ rất khó đáp ứng được yêu cầu của TCVN 5574:2012 khi các chủng loại thép dùng làm cốt cho bê tông được các nhà sản xuất chế tạo phù hợp với hai tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam như đề câp đến ở trên. Đối với thép cốt bê tông cán nóng, bảng các chỉ tiêu kỹ thuật sau đây sẽ cho thấy các yêu cầu kỹ thuật của TCVN 1651:2008 và TCVN 1651:1985 khác nhau khá nhiều. Đối với thép cốt bê tông theo TCVN 1651: 1985, khi thử nghiệm đánh giá cần lấy 02 mẫu để thử kéo và 02 mẫu để thử uốn cho mỗi lô hàng không quá 60 tấn. Đối với thép cốt bê tông theo TCVN 1651: 2008, khi thử nghiệm để đánh giá, có hai cách được nêu ra: Cách thứ nhất: Đánh giá giá trị đặc trưng: cần lấy ít nhất 15 mẫu để thử kéo và 02 mẫu để thử uốn cho mỗi lô hàng không quá 50 tấn. Cách thứ hai: Kiểm tra giá trị nhỏ nhất được quy định. Để thử nghiệm và đánh giá các chỉ tiêu về kéo, mỗi lô hàng không quá 50 tấn, cần lấy mẫu để tiến hành một lần thử kéo và một lần thử uốn. Tuy nhiên, theo cách đánh giá này không nói rõ là phải lấy số lượng mẫu bằng bao nhiêu. Do vậy, khi thử nghiệm để đánh giá, người sử dụng thường sẽ phải tiến hành theo cách thứ nhất. Điều này sẽ giúp khách hàng kiểm soát tốt hơn về chất lượng của sản phẩm thép sử dụng, nhưng lại gây tốn kém và phức tạp cho người sản xuất, do đó cần phải quy định cụ thể theo cách đánh giá thứ hai sẽ hợp lý và thuận tiện Bảng 1. Các yêu cầu kỹ thuật của thép cốt bê tông theo TCVN 1651: 1985 [3] Nhóm cốt thép Đường kính, mm Giới hạn chảy, N/mm2 Độ bền đứt tức thời, N/mm2 Độ dãn dài tương đối % Thử uốn nguội C- Độ dày trục uốn d- đường kính cốt thépKhông nhỏ hơn CI 6-40 240 380 25 C=0.5d (1800) CII 10-40 300 500 19 C=3d (1800) CIII 6-40 400 600 14 C=3d (900) CIV 10-32 600 900 6 C=3d (900) Bảng 2. Các yêu cầu kỹ thuật của thép cốt bê tông theo TCVN 1651: 2008 [2] Mác thép Đường kính, mm Giá trị đặc trưng của giới hạn chảy trên ReH Nhỏ nhất (MPa) Giá trị đặc trưng của giới hạn bền kéo Rm Nhỏ nhất (MPa) Giá trị đặc trưng quy định của độ dãn dài % Thử uốn nguội C- Độ dày trục uốn d- đường kính cốt thép Góc uốn đạt được(1600-1800) A5 Agt CB240-T 6-40 240 380 20 2 C=2d CB300-T 6-40 300 440 16 2 C=2d CB300-V 6-50 300 450 19 8 d≤16 d>16 C=3d C=4d CB400-V 6-50 400 570 14 8 d≤16 d>16 C=4d C=5d CB500-V 6-50 500 650 14 8 d≤16 d>16 C=5d C=6d 59 S¬ 19 - 2015 hơn cho nhà sản xuất khi nhà sản xuất tuân thủ theo hệ thống quản lý chất lượng ISO. Về các chỉ tiêu cơ học được đưa ra bao gồm các chỉ tiêu chính: giới hạn chảy, giới hạn bền và độ dãn dài, yêu cầu thử uốn như đã chỉ ra ở hai bảng trên cho thấy: giới hạn chảy được quy định là khá tương đồng, các tiêu chí còn lại khác nhau khá nhiều, với các yêu cầu kỹ thuật của thép cốt bê tông cán nóng của TCVN 1651: 2008 chặt chẽ và đầy đủ hơn so với quy định của TCVN 1651: 1985. Do vậy trong khi TCVN 5574: 2012 chỉ đề cập đến thép cốt bê tông theo TCVN 1651: 1985 thì phải quy đổi các loại thép khác theo tiêu chuẩn này, đây là việc làm bất cập, gây khó khăn cho các đơn vị sản xuất hiện nay. Hơn nữa về chủng loại thép được sản xuất hiện nay theo TCVN 1651: 2008 là bắt buộc và tiêu chuẩn này được ban hành với mục đích thay thế cho TCVN 1651: 1985, vì vậy trong các bảng biểu, chỉ dẫn tính toán của TCVN 5574: 2012, vật liệu thép theo quy định hiện hành phải được chú trọng chỉ định, sau đó để thuận lợi cho việc sử dụng trong thực tế (hàng tồn kho, hàng nhập khẩu) có thể ghi chú thêm nhóm thép trong ngoặc. Ví dụ CB300-V (CII, AII,...) 2.3. Hệ số liên quan đến vật liệu khi thiết kế 2.3.1. Hệ số điều kiện làm việc của bê tông Khi tính toán sức chịu tải của cọc nhồi bằng bê tông cốt thép theo vật liệu làm cọc, tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205: 1998, tại mục 4.1.3 nêu ra cần xác định theo yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép [6]. Tuy nhiên, với điều kiện đổ bê tông trong môi trường betonite như cách thi công cọc khoan nhồi, thì hệ số điều kiện làm việc của bê tông trong điều kiện thi công này lại hoàn toàn chưa được đề cập đến ở TCVN 5574: 2012. Đây là một thiếu sót của tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. Để có được giá trị hệ số điều kiện làm việc của bê tông trong trường hợp này, cần có các nghiên cứu về thực nghiệm để làm cơ sở ban hành phục vụ cho công tác thiết kế hiện nay. Ngoài ra, với nhu cầu thực tế đòi hỏi hiện nay, việc sử dụng phụ gia nhằm cải thiện các đặc tính của bê tông sẽ làm cho tính chất của bê tông biến đổi nhiều, do vậy cần đưa ra các giá trị của hệ số điều kiện làm việc của bê tông một cách phù hợp nhất. Đây là vấn đề mà các nhà khoa học, đặc biệt là khoa học thực nghiệm phải lưu ý để bổ sung, hoàn chỉnh cho tiêu chuẩn thiết kế của quốc gia. 2.3.2. Bảng tra hệ số RR ξαω ,, Để thuận lợi cho việc tính toán các cấu kiện cơ bản, TCVN 5574: 2012 đã đưa ra bảng tra các hệ số RR ξαω ,, [1] Và công thức cơ bản để xác định các trị số này: ( ) , 0,85 0,008 ; ; 1 1 1,1 1 0,5 b R s sc u R R R R R ωω ξ ω σ α ξ ξ = − =  + −    = − Tuy vậy, vật liệu thép sử dụng theo bảng tra này lại hoàn toàn không tương đồng với vật liệu thép được chỉ định theo [2], [4] cùng với nhiều giá trị trong bảng không chính xác theo công thức trên, do đó bảng này không nên sử dụng, chỉ nên sử dụng công thức tổng quát trên để tính toán các hệ số RR ξαω ,, để phục vụ cho việc tính toán các cấu kiện cơ bản. 3. Kết luận, kiến nghị Sự không đồng bộ các hệ thống tiêu chuẩn liên quan với tiêu chuẩn hiện hành về thiết kết kết cấu bê tông và bê tông cốt thép và sự chưa đầy đủ của tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574: 2012 đã gây khó khăn cho thực tế thiết kế, thi công và nghiệm thu các công trình xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép. Trong khi chưa có sự điều chỉnh, sửa đổi các tiêu chuẩn của các cơ quan quản lý nhà nước, các đơn vị liên quan đến công tác thiết kế, thi công xây dựng cần phối hợp với chủ đầu tư để lập ra các yêu cầu về kỹ thuật, các điều khoản bổ sung để làm cơ sở cho công tác thẩm tra thiết kế và nghiệm thu công trình. Về tương lai lâu dài, kiến nghị các cơ quan soạn thảo và ban hành TCVN: 1. Nghiên cứu, sửa đổi và bổ sung các tồn tại về vật liệu sử dụng trong TCVN 5574: 2012. 2. Sửa đổi, bổ sung TCVN 3118: 1993 – Thử nghiệm đánh giá bê tông theo cấp độ bền chịu nén. 3. Ban hành mới về phương pháp thử xác định cường độ chịu kéo dọc trục của bê tông. 4. Sửa đổi bổ sung TCVN 4453: 1995 trong công tác lấy mẫu để nghiệm thu sản phẩm bê tông cốt thép phù hợp với quy định của tiêu chuẩn thiết kế./. Hình 1. Phản biện: TS. Vũ Hoàng Hiệp T¿i lièu tham khÀo 1. TCVN 5574: 2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế. 2. TCVN 1651:2008, Thép cốt bê tông cán nóng (Phần 1,2). 3. TCVN 1651:1985, Thép cốt bê tông cán nóng. 4. TCVN 6284:1997, Thép cốt bê tông dự ứng lực (Phần 1–5). 5. TCVN 3118:1993, Bê tông nặng. Phương pháp xác định cường độ nén. 6. TCXD 205: 1998, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế. 7. TCVN 4453:1995, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Quy phạm thi công và nghiệm thu.