Hiện nay, việc ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước thi công xây dựng các công trình nhà phố, biệt thự, dân dụng và công nghiệp đã phổ biến. công ty TNHH hóa chất xây dựng Phương Nam thường xuyên sử dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước trong thi công công trình biệt thự, và đặt biệt là các công trình nhà phố, văn phòng khi có khẩu độ vượt nhịp trên 9 m đến 12m với yêu cầu về chiều cao dầm thấp.
Khi sử dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước thì đơn giá thi công bê tông cốt thép ứng suất trước chiếm tỉ lệ cao trong đơn giá thi công biệt thự.
Trong kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước thì bê tông là vật liệu chịu ứng suất trước còn thép cường độ cao là vật liệu tạo ra ứng suất trước.
Việc kéo cốt thép để tạo ra ứng suất trước có thể tiến hành trước hoặc sau khi đổ bê tông. Vì vậy, việc chế tạo các kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước cũng có 2 phương pháp chủ yếu: Phương pháp kéo căng trước; Phương pháp kéo căng sau.
Phương pháp kéo căng trước và đơn giá thi công:
Theo phương pháp này, chủ yếu là thi công kết cấu dầm cho biệt thự, với đơn giá thi công gồm chi phí nhân công kéo thép và chi phí mua sắm các thép ứng suất trước có thể là loại thép tròn trơn cùng có thể là các thanh thép bện hoặc cáp. Người ta kéo căng cốt thép trước rồi sau đó mới đổ bê tông. Phương pháp này thông thường dùng trong các nhà máy bê tông để sản xuất hàng loạt cấu kiện giống nhau hoạc cũng có khi người ta tổ chức sản xuất hàng loạt ở các sân căng đặc biệt tại công trình xây dựng. Cốt thép dự ứng lực có thể được kéo bằng kích từ cả 2 đầu hoặc cũng có thể neo một đầu và kéo một đầu. Thép ứng suất trước có thể là thanh thẳng hoặc gấp khúc tuỳ theo thiết bị tạo ứng suất.
Sau khi đổ bê tông một thời gian, cường độ bê tông đã khả cao thì mới thả kích kéo cốt thép ra. Khi đó, cốt thép bị kéo này sẽ co lại và tạo lực bên trong bê tông. Phương pháp tạo ứng suất trước này dựa vào lực dính bám giữa bê tông và cốt thép.
Có thể thi công một dải nhiều cấu kiện đồng thời trên sàn căng. Đối với thép tròn trơn có thể độ dính giữa cốt thép và bê tông chưa đủ chắc thì Phương Nam có thể bổ sung thêm các neo ở đầu cấu kiện.
Phương pháp kéo căng sau và đơn giá thi công
Đổ bê tông cho những cấu kiện ứng suất trước theo phương pháp này thi phải để sẵn những lỗ để luồn cốt thép tạo ứng suất trước. Các kích sẻ tỳ vào 2 đầu cấu kiện bê tông để kéo căng cốt thép. Sau đó dùng máy phụi vữa xi măng mác cao để lấp các khe hở trong lỗ có cốt thép. Hai đầu cốt thép được neo chât bằng nẻm vào bê tông và chúng trở thành các gối tựa truyền lực nén vào bê tông.
Phương pháp này chỉ được tiến hành khi bê tông đúc đã thật sự rắn chắc. Phương pháp kéo căng sau được ứng dụng rộng rãi trong việc thi công các cầu, dầm nhà phố, biệt thự, văn phòng có khẩu độ lớn, các kết cấu đặc biệt như ở của nhà máy điện nguyên tử, các loại kho và bê chứa. Đây là phương pháp thi công cơ động, không đòi hỏi sân bãi và thiết bị công kềnh nên được ứng dụng rất lộng rãi trong thực tế sản xuất. Người ta còn áp dụng phương pháp này để tạo ứng suất trước cho những sợi cáp bọc hẳn phía ngoài kết cấu bê tông.
Thi công theo phương pháp kéo căng sau mức độ tiện dụng, giá thành và đơn giá thấp bởi mức độ thi công không phức tạp và chi phí cho cho những sợi cáp thấp.
Các phương pháp khác tạo ứng suất trước
Ngoài hai phương pháp căng trước và căng sau trong bê tông cốt thép ứng suất trước còn có các phương pháp khác ít được sử đụng hơn sau đây.
Sử dụng bê tông tự tạo ra ứng suất trước bằng cách dùng xi măng nở
Theo phương pháp này khi cho nước tác dụng thì xi măng sẽ tăng thể tích, các cốt thép trong bê tông sẽ ngăn căn sự dãn nở này của xi măng , kết quả là trong bê tông có 1 lực nén khoảng 60-70kg/cm2.
Phương Nam có thể sử dụng loại xi măng đặc biệt cho sự trương nở này. Song, thực tế cũng có thể biến xi măng Pooclăng thông thường thành loại xi măng đặc biệt này bằng cách trộn thêm phụ gia aluminat và thạch cao. Loại xi măng trương nở tự tạo ứng suất trước này dùng để chế tạo các kết cấu như bể chứa, cầu tàu cọc, dầm nhà phố, biệt thự, văn phòng có khẩu độ lớn, panen mái che cho nhà công nghiệp với đơn giá thi công tương đối thấp. Phương pháp này đôi khi còn được gọi là dùng phương pháp hoá học để tạo ứng suất trước.
Dùng kích ép ngoàỉ để tạo ứng suất trước
Khác với 2 phương pháp căng trước và căng sau, kích đặt ở 2 đầu kết cấu không dùng để kéo căng cốt thép ra mà lại dùng để ép chặt cấu kiện bê tông lại, cáp hoặc cốt thép được neo vào các gối tựa.
Sau khi bỏ kích ra bê tông không bị nên nữa và trở về trạng thái bình thường thì sẽ tạo nên ứng suất trước.
Công nghệ này được sử đụng để đổ các nhịp cầu đặc biệt là vòm có khẩu độ lớn.
Sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép thông thường khi chịu tải xuất hiện các vết nứt dưới dầm, dầm bị võng.
Công trình bê tông cốp thép ứng suất trước
Sự xuất hiện vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước là rất nguy hiểm, bởi vì nó có thể gây ra sự sụp đổ và phá hoại đột ngột đo cáp bị rỉ hoặc bị mỏi trong quá trình xuất hiện và mở rộng vết nứt.
Trường hợp bê tông cốp thép ứng suất trước. a) Khi không chịu tải, chì có trọng lượng bản thân của dầm; b. Khi chịu tải, dầm thẳng lợi, không thấy xuất hiện các vết nứt,
Do đó sự phân loại các công trình hoặc kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực chủ yếu dựa trên các yêu cầu về xuất hiện vết nứt ở bê tông. Có 3 loại như sau:
Loại I: Đó là các kết cấu hoàn toàn bị nén, bê tông trong công trình này luôn luôn bị nén kể cả khi chất tải.
Loại II: Loại công trình này bê tông có thể chịu kéo nhưng rất hạn chế sao cho kết cấu không có khả năng xuất hiện vết nứt hoăc nếu có thì cũng rất nhỏ dưới điều kiện cho phép.
LoaiIII; Đó là các công trình có thể cho phép xuất hiện vết nứt như trong các kết cấu bê tông cốt thép thông thường. Đối với loại công trình này lực tác dụng vào công trình không những chỉ cân bằng với lực gây ứng suất trước mà còn với cà lực kéo của cốt thép thường trong bê tông.
Để đảm bảo các yêu cầu rất cao về chống xuất hiện vết nứt trong kết cấu BTCT ứng suất trước thì cần phải tuân thủ rất nghiệm ngặt về vật liệu sử dụng và các quy định về tiết diện hoặc cấu tạo đối với các kết cấu này.