Tìm hiểu nguyên nhân gây nên hiện tượng cháy thép sàn trong thi công

Tìm hiểu về cấu tạo thép sàn

Trong xây dựng, có hai loại thép sàn chính là thép sàn 1 lớp và thép sàn 2 lớp. Mỗi loại thép sàn có ưu và nhược điểm riêng, và phù hợp với các loại công trình khác nhau.

1. Thép sàn 1 lớp

Thép sàn 1 lớp thường được lựa chọn cho các căn nhà cấp bốn với tải trọng nhỏ hoặc các loại sàn đơn giản kê 2 cạnh, tấm sàn đơn lẻ đặt trên mặt đất hoặc sàn có sơ đồ tính theo hệ console.

Thép sàn 1 lớp cũng được sử dụng cho các loại sàn như bể phốt, hố gas, nắp hầm chứa và các loại sàn tấm đan đơn giản khác.

2. Thép sàn 2 lớp

Trong khi đó, thép sàn 2 lớp phù hợp với hầu hết các ô sàn trong khung kết cấu bê tông cốt thép toàn khối hiện nay, bởi vì nội lực trong các ô sàn liên tục và phức tạp hơn.

Bố trí thép sàn 2 lớp có 2 cách thường được sử dụng: bố trí hai lớp thép chạy liên tục và bố trí lớp thép trên bằng thép mũ. Tuy nhiên, nếu sử dụng cách bố trí thép mũ, cần thi công cẩn thận vì lớp thép này rất dễ bị bẹp xuống.

Bố trí hai lớp thép chạy liên tục, và phải chú ý đến thanh thép chịu lực chính ở mỗi lớp. Thông thường thanh ngắn sẽ được đặt dưới lớp thép dưới và đặt trên lớp thép trên.

Bố trí lớp thép trên bằng thép mũ: theo cách này thì chỉ bố trí thép lớp trên tại những vị trí sàn chịu momen âm, nên sẽ tiết kiệm được một phần khối lượng thép nào đó. Tuy nhiên nếu làm cách này thì cần thi công hết sức cẩn thận bởi vì lớp thép mũ này rất dễ bị bẹp xuống.

Cháy thép sàn là gì?

Cháy thép, hay còn được gọi là nổ thép, là một hiện tượng xảy ra sau khi bê tông được đổ và sử dụng. Khi lớp bê tông bảo vệ cho cốt thép bị mất hoặc quá mỏng, cốt thép có thể bị lòi ra ngoài hoặc thậm chí rơi khỏi sàn. Hiện tượng này không chỉ xuất hiện trên sàn mà còn trên các cấu kiện bê tông cốt thép khác như dầm, cột...

Nếu không khắc phục hiện tượng này trong thời gian dài, phần thép hở sẽ bị môi trường bên ngoài xâm thực, dẫn đến sự hư hỏng của kết cấu và gỉ sét. Điều này làm giảm khả năng chịu tải của sàn và rút ngắn tuổi thọ của công trình.

Nguyên nhân cháy thép sàn

Có 2 nguyên nhân gây nên hiện tượng cháy thép sàn như sau:

1. Lớp bê tông bảo vệ quá mỏng

Lớp bê tông bảo vệ sàn là lớp bê tông được thiết kế nhằm ngăn cách các lớp thép bên trong bê tông với các điều kiện bên ngoài môi trường, bảo vệ cốt thép trước tình trạng bị ăn mòn của các tác nhân oxy hóa.

Theo TCVN 5574:2018, lớp bê tông bảo vệ cốt thép được cân nhắc để đảm bảo các điều kiện sau:

Sự làm việc đồng thời của cốt thép và bê tông

Sự neo của cốt thép trong bê tông cũng như khả năng bố trí các mối nối của các chi tiết trong cốt thép

Tính toàn vẹn của cốt thép dưới tác động của môi trường xung quanh (kể cả khi có môi trường xâm thực)

Khả năng chịu lửa của kết cấu

Với những vai trò quan trọng như vậy, lớp bê tông bảo vệ cần được thi công hết sức kỹ lưỡng và cẩn thận. Các lớp thép bị dính xuống sàn coffa hoặc dính vào nhau khi thi công chính là nguyên do trực tiếp khiến lớp bê tông bảo vệ không đạt độ dày tiêu chuẩn, gây ra hiện tượng cháy thép.

2. Do quá trình Carbonat hóa trong bê tông cốt thép

Bình thường, trong bê tông chứa một hàm lượng lớn canxi oxit, natri oxit và kali oxit hòa tan, tạo thành một môi trường kiềm. Môi trường kiềm này có độ PH ở độ 12-13 tạo nên một lớp màng bảo vệ mỏng trên bề mặt cốt thép. Trong điều kiện thường, lớp màng mỏng này sẽ bảo vệ cốt thép khỏi các tác nhân ăn mòn từ môi trường. Cơ chế này được gọi là cơ chế bảo vệ thụ động của bê tông cốt thép.

Cơ chế tự bảo vệ này sẽ bị phá vỡ khi có hiện tượng carbonat hóa xảy ra. Carbonat hóa có nguyên nhân từ sự hòa tan CO2 trong dung dịch tại các lỗ rỗng của bê tông và phản ứng với canxi từ canxi hydroxit và canxi silicat hydrate để tạo ra khoáng calcite (CaCO3).

Sau quá trình trung hòa này, độ PH của bê tông giảm xuống dưới mức 9, cơ chế bảo vệ thụ động của bê tông cốt thép bị mất đi và cốt thép bắt đầu bị ăn mòn. Lúc này gỉ sét bắt đầu xuất hiện trên bề mặt cốt thép và gây nứt tại những vị trí tiếp giáp với bê tông. Các vết nứt này phát triển dần dần do các tác nhân ăn mòn cho đến khi phá vỡ hoàn toàn sự kết dính giữa bê tông và cốt thép.

Độ ẩm không khí, nhiệt độ, hàm lượng CO2 và tính chất cơ lý của bê tông (độ kiềm, độ thẩm thấu) là những yếu tố tác động đến tốc độ của quá trình Carbonat hóa. Độ ẩm không khí ở mức 60-75% là điều kiện lý tưởng nhất để thúc đẩy quá trình Carbonat hóa hoạt động mạnh. Tốc độ carbonat hóa cũng tăng nhanh hơn khi hàm lượng CO2 trong không khí và nhiệt độ tăng. Ngoài ra, hàm lượng xi măng cũng là yếu tố quan trọng để làm tăng độ kiềm làm giảm quá trình carbonat hóa.

Carbonat hóa là một quá trình chậm, đặc biệt khi nhiệt độ diễn ra ở mức bình thường. Trong thực tế, nguyên nhân cháy thép sàn do lớp bê tông bảo vệ quá mỏng thường xảy ra nhiều hơn.

Làm thế nào để khắc phục nguyên nhân cháy thép sàn?

Từ việc phân tích nguyên nhân cháy thép sàn phía trên, để hạn chế được hiện tượng này thì nên thi công đảm bảo các điều kiện sau đây:

1.  Đảm bảo độ dày của lớp bê tông bảo vệ

Ở Việt Nam, chúng ta có 3 văn bản quy định về chiều dày của lớp bê tông bảo vệ, bao gồm: TCVN 5574:2018; TCVN 9346:2012; QCVN 06:2020/BXD. Mỗi văn bản có những quy định riêng, tuy nhiên đều yêu cầu độ dày lớp bê thông bảo vệ tối thiểu không được nhỏ hơn đường kính cốt thép.

Cụ thể, thông thường sẽ kê thép trước khi đổ bê tông như sau:

Đối với thép móng và đài móng: 50mm

Đối với sàn thông thường (thường có chiều dày 10cm): kê 20mm cho thép lớp dưới và 75mm đối với thép lớp trên.

Dầm móng và giằng móng: 35mm

Dầm sàn: 25mm

Cột: đảm bảo lớp bê tông bảo vệ khoảng 25mm

Khi thi công đổ bê tông sàn (hay kể cả dầm, cột…) cần hết sức chú ý đảm bảo độ dày của lớp bê tông bảo vệ này. Đặc biệt chú ý khoảng cách giữa 2 lớp thép sàn với nhau (đối với sàn 2 lớp thép) do khi thi công chúng rất dễ bị dính vào nhau do sự di chuyển, dẫm đặt trên bề mặt sàn.

Nếu kê thép trước khi đổ bê tông không đảm bảo thì không chỉ gây ra hiện tượng cháy thép mà còn có thể làm sàn bị võng nứt, bị yếu, ảnh hưởng rất nhiều đến kết cấu và khả năng chịu tải của sàn.

Có thể sử dụng các con kê bê tông để kê thép sàn (là một loại phụ kiện được sử dụng để kê cốt thép trước khi tiến hành đổ bê tông, hỗ trợ định vị và cố định hệ sàn thép đúng vị trí, đúng thiết kế, cố định khoảng cách đến coffa để tạo lớp bê tông bảo vệ tiêu chuẩn cho cốt thép).

Hiện nay con kê bê tông được sản xuất rất nhiều với khá nhiều hình dáng và kích thước khác nhau và được chia thành các nhóm phù hợp với mục đích sử dụng.

Trước đây, khi kê thép sàn người ta thường hay dùng đá granit, gạch hoặc các con kê nhựa để giảm chi phí, tuy nhiên quá trình sử dụng chúng đã bộc lộ khá nhiều nhược điểm. Các loại vật kê này dễ bị xô lệch vị trí, tạo lớp bảo vệ mỏng, ảnh hưởng đến cốt thép. Đồng thời do sự không đồng nhất về vật liệu nên dễ xuất hiện khoảng hở giữa con kê và bê tông, dễ gây ra hiện tượng thấm dột về sau.

Con kê bê tông có thể khắc phục được những nhược điểm này, đồng thời có độ bám dính rất tốt nên có thể liên kết chặt chẽ với khối bê tông sàn sau khi đổ.

Xem thêm: công ty tư vấn giám sát uy tín tại Hà Nội

2. Đảm bảo chất lượng của bê tông

Như đã phân tích về quá trình carbonat hóa, thì bê tông cần được cấp phối tốt và bảo dưỡng chuẩn để làm chậm và ngăn chặn quá trình này.

Bê tông sử dụng phải có tỉ lệ nước/ xi măng đủ thấp để làm chậm quá trình carbonat hóa thông qua các lỗ hổng có trong bê tông (thường là nhỏ hơn hoặc bằng 0.5)

Sau khi đổ bê tông thì cần phải bảo dưỡng bê tông thật chuẩn để hạn chế quá trình ăn mòn. Thời gian bảo dưỡng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, môi trường..tối thiểu là 7 ngày. Nhiều báo cáo khoa học đã chỉ ra rằng độ rỗng của bê tông giảm rõ rệt khi bê tông được bảo dưỡng chuẩn, khi đó cháy thép cũng ít xảy ra hơn.

Tóm lại, cháy thép sàn là một vấn đề nghiêm trọng trong các công trình xây dựng. Nguyên nhân của cháy thép sàn có thể do nhiều yếu tố khác nhau nhưng thường liên quan đến việc xây dựng không đúng quy trình, lắp đặt không đúng kỹ thuật, hoặc sử dụng vật liệu chất lượng kém. Vì vậy, việc đảm bảo an toàn trong xây dựng và sử dụng các vật liệu chất lượng là rất quan trọng để tránh các tai nạn cháy nổ và bảo vệ tính mạng và tài sản của con người.

Xem thêm: Kinh nghiệm thi công lắp dựng cốt thép sàn đúng tiêu chuẩn kỹ thuật