Lịch sử

Chức năng của khuôn đúc bê tông

Quá trình hình thành nên kết cấu bê tông có đủ khả năng chịu lực đúng như thiết kế đã định, bao gồm các giai đoạn sau:

• Giai đoạn vật liệu bê tông còn ở dạng vữa lỏng: từ khi ra khỏi trạm trộn (vữa bê tông hình thành) cho đến khi bê tông bắt đầu ninh kết (bắt đầu hình thành các liên kết hóa học giữa các thành phần khoáng trong vữa bê tông, còn gọi là sơ ninh). Giai đoạn này, bê tông ở thể lỏng (bê tông tươi), nên rất dễ tạo hình khi được chứa vào khuôn. (Đặc trưng cho tính dễ đổ khuôn của vữa bê tông là độ lưu động tức là độ sụt của hỗn hợp bê tông). Vữa bê tông lúc này không có cường độ chịu lực và có độ chắc đặc nhỏ cần phải đầm chặt. Nhưng nếu vượt quá giai đoạn này, mà ta động chạm ngay vào vữa bê tông thì sẽ làm phá vỡ những mối liên kết vừa hình thành trong bê tông mà vĩnh viễn không hồi phục được. Do đó, giai đoạn này là giai đoạn có thể thi công bê tông và cần phải có khuôn đúc để chứa đựng và chịu lực thay bê tông. Giai đoạn này thường kéo dài khoảng 1,5 - 3,0 giờ, tùy theo nhiệt độ môi trường và loại xi măng chế tạo vữa bê tông (đối với bê tông thường không có phụ gia) và khoảng 3,0 - 4,0 giờ (đối với bê tông có phụ gia chậm đông kết).
• Giai đoạn vữa bê tông ninh kết và đóng rắn: vữa bê tông lúc này nằm ổn định trong khuôn và dần dần hình thành hệ thống các mối kiên kết các thành phần trong bê tông. Như trên đã nêu, giai đoạn này không được phép thi công nữa. Đây là giai đoạn cần khống chế sự biến dạng của khuôn đúc để không phá vỡ sự ninh kết. Cuối giai đoạn này bê tông hóa rắn (kết cấu bê tông đã hình thành) và giữ nguyên vĩnh viễn hình dạng mà khuôn đúc tạo ra cho nó. Các tải trọng tạm thời tác động vào khuôn hầu như hết tác dụng. Đồng thời bê tông đã bắt đầu có cường độ nhất định, nên một số dạng khuôn không chịu lực tức là các loại khuôn chỉ phải chịu tải trọng tạm thời, sau giại đoạ ;n này, hết vai trò thì có thể tháo dỡ được. Giai đoạn này thường kéo dài khoảng 18 - 24 giờ sau khi bê tông bắt đầu ninh kết.
• Giai đoạn kết cấu bê tông phát triển cường độ: kết cấu bê tông đã cứng và tăng dần cường độ theo dạng tiệm tiến, tốc độ tăng chậm dần. Khuôn đúc vẫn phải chịu các tải trọng thường xuyên thay cho kết cấu bê tông, nhưng mức độ giảm dần theo thời gian, do có sự tiếp quản dần dần của kết cấu bê tông. Nếu chất lượng bê tông tốt và được dưỡng hộ đầy đủ theo tiêu chuẩn, thì kết cấu bê tông có thể đạt mác thiết kế, ở ngày thứ 28. Khi bê tông đạt đến cường độ nhất định, đủ để chịu các tải trọng thường xuyên, thì tùy theo những điều kiện cụ thể, quy định rõ trong tiêu chuẩn, ta có thể tháo dỡ các dạng khuôn đúc chịu lực (loại khuôn chịu cả tải trọng thường xuyên lẫn tải trọng tạm thời), vào các thời điểm cuối giai đoạn này.

Với những đặc điểm như trên, nên khi thi công các kết cấu bê tông, cần thiết phải có một hệ thống khuôn đúc bê tông làm hai nhiệm vụ chính: vừa là khuôn chứa đựng vữa để tạo nên hình dạng thiết kế đã định, đồng thời chịu lực thay cho vữa và kết cấu bê tông sau này hình thành từ vữa đó, khi chúng chưa có hoặc chưa đạt đủ khả năng chịu lực như thiết kế yêu cầu. Do đó, cấu tạo của tất cả các loại khuôn đúc thường gồm hai phần chính:

• Hệ tấm ván khuôn: có nhiệm vụ chính là bao chứa tạo hình kết cấu bê tông, ngoài ra, làm nhiệm vụ chuyền tải trọng sang hệ thành phần còn lại. (Chính xác ra, ván khuôn hay tấm khuôn chỉ là một phần của hệ khuôn đúc. Toàn bộ các cụm từ Ván khuôn đà giáo hay ván khuôn gông giằng văng chống mới tương đương với hệ khuôn đúc. Nhưng trong xây dựng ở Việt Nam từ ván khuôn lại thường được dùng để chỉ cho toàn bộ hệ khuôn.)
• Hệ chống đỡ chịu lực nằm phía bên ngoài hay bên dưới tấm khuôn: làm nhiệm vụ chịu lực chính cho toàn hệ thống kết cấu khuôn đúc. Chúng bao gồm: gông, giằng, văng, chống, đà (đà ngang), giáo (giáo chống), dây tăng đơ, ...

Ngoài ra, ở một số loại kết cấu khuôn đúc đặc biệt (như hệ khuôn trượt), hệ khuôn đúc có thêm một số bộ phận phụ trợ, với chức năng làm sàn công tác hay làm cơ cấu dịch chuyển.

Yêu cầu đối với khuôn đúc bê tông

• Khuôn đúc phải kín khít: để có thể chứa đựng được vữa bê tông tươi và lỏng ở trong nó,
• Hình dạng, kích thước của khuôn đúc và vị trí lắp đặt chúng tại công trình phải đúng thiết kế khuôn, để chế tạo được kết cấu bê tông đúng với hình dạng, kích thước và vị trí theo thiết kế kết cấu đó.
• Khuôn đúc phải đảm bảo giữ được hình dạng để chế tạo kết cấu bê tông và bê tông cốt thép trong xuốt quá trình hình thành nên kết cấu bê tông đó (đặc biệt là ở giai đoạn thứ 2 của bê tông: giai đoạn ninh kết và đóng rắn). Để đảm bảo yêu cầu này kết cấu khuôn đúc cần phải được tính toán thiết kế với trạng thái giới hạn thứ II: trạng thái giới hạn về biến dạng.
• Khuôn đúc phải đảm bảo khả năng chịu lực, vì nó phải chịu lực thay cho bê tông khi ở bê tông dạng vữa và có thể cả khi đã bê tông đã đóng rắn và kết cấu bê tông được hình thành, cho đến khi bê tông đạt đến những giá trị cường độ có thể cho phép tháo dỡ khuôn (đặc biệt là ở giai đoạn thi công bê tông, giai đoạn mà bê tông hoàn toàn không có khả năng chịu lực nhưng lại có nhiều loại tải trọng nhất cùng đồng thời tác động vào khuôn đúc). Để đảm bảo yêu cầu này kết cấu khuôn đúc cần phải được tính toán t hiết kế với trạng thái giới hạn thứ I: trạng thái giới hạn về cường độ.
• Khuôn đúc là thiết bị thi công nên việc sử dụng chúng chỉ có tính tạm thời trong thời gian thi công chế tạo kết cấu bê tông. Đến khi kết cấu bê tông hình thành và đạt đến những giá trị cường độ nhất định đủ để kết cấu có thể tự chịu được ít nhất là trọng lượng bản thân của mình, thì khuôn hết vai trò và cần được tháo dỡ đi và có thể được tái sử dụng. Do vậy, khuôn đúc cần phải được thiết kế và chế tạo sao cho dễ dàng tháo lắp.
• Ngoài ra, nếu muốn khuôn đúc được tái sử dụng thì khuôn phải được thiết kế và chế tạo thật bền vững để có thể sử dụng được nhiều lần (tuổi thọ cao) cho mục đích làm khuôn, thành những bộ ván khuôn điển hình được thiết kế chuẩn hóa (khuôn đúc định hình).

Phân loại khuôn đúc bê tông

Khuôn đúc bê tông được phân loại theo các hình thức sau:

Phân loại theo vật liệu chế tạo khuôn

• Hệ khuôn bằng gỗ: tre, gỗ xẻ, gỗ dán (chịu nước),
• Hệ khuôn bằng kim loại: khuôn thép,
• Hệ khuôn bằng nhựa, vật liệu composite,
• Hệ khuôn bằng bê tông, bê tông cốt thép đúc sẵn,
• Hệ khuôn bằng cao su bơm hơi,
• Hệ khuôn hỗn hợp từ các vật liệu trên.
• Hệ khuôn (cốp pha) đất, dùng chính nền đất để làm khuôn: cọc nhồi bê tông, thi công top-down.

Phân loại theo công năng khuôn đúc và dạng kết cấu bê tông thành phẩm

Tất cả các loại khuôn đúc bê tông, trong cách phân loại này, được xếp vào hai nhóm khuôn là: nhóm đáy nằ ;m (khuôn chịu lực) và nhóm thành đứng (khuôn không chịu lực).

• Hệ khuôn móng bê tông và bê tông cốt thép (thuộc nhóm khuôn thành đứng).
• Hệ khuôn tường bê tông cốt thép (thuộc nhóm khuôn thành đứng).
• Hệ khuôn cột bê tông cốt thép (thuộc nhóm khuôn thành đứng).
• Hệ khuôn dầm, khuôn dầm liền sàn và khuôn sàn bê tông cốt thép. Trong đó: khuôn đáy dầm và khuôn sàn là thuộc nhóm khuôn đáy nằm, còn khuôn thành dầm thuộc nhóm khuôn thành đứng.
• Hệ khuôn vòm và vỏ bê tông cốt thép (thuộc nhóm khuôn đáy nằm).
• Hệ khuôn kết cấu bê tông cốt thép đúc sẵn (thuộc nhóm khuôn thành đứng).
• Hê khuôn kết cấu bê tông khối lớn (thuộc nhóm khuôn thành đứng).