kẾt cẤu gẠch vÀ tƯỜng mỚi sỬ dỤng trong xÂy...

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

183

KẾT CẤU GẠCH VÀ TƯỜNG MỚI SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG

NGUYÊN THẾ DƯƠNG *

TÓM TĂT

Bài báo này giới thiệu một số loại gạch đất nung mới, đã đang được nghiên cứu và sử dụng tại các nước Châu Âu nhằm đáp ứng các yêu cầu về độ bền kết cấu, cách nhiệt, cách âm và thân thiện môi trường.

Từ khóa: gạch nung, lỗ rỗng, cách nhiệt, cách âm, mối nối mỏng

ABSTRACT

This paper presents some types of clay brick as masonry used in European countries in order to satisfy the structural function and also the thermal, acoustical and environmental requirements.

Key words: fired clay brick; alveolar; thermal insulation; acoustical insulation; thin-adhesive joint.

1. LỜI DÂN

Trong xu thế xây dựng hiện đại, các công trình nhà ngoài việc đảm bảo khả năng chịu lực, còn phải đảm bảo các yếu tố về độ tiện nghi (cách âm, cách nhiệt), đồng thời đảm bảo các yêu cầu khắt khe về việc giảm tiêu thụ năng lượng, giảm khí thải CO2. Để đảm bảo được các yêu cầu trên, ngoài việc hướng tới việc sử dụng năng lượng tái tạo (mà hiện tại giá thành còn đang cao), cần phải có một giải pháp kết cấu hợp lý. Trong các nhà dân dụng bình thường (nhà dân) hoặc các nhà tập thể dưới 5 tầng, gạch đất nung là một trong những loại vật liệu được sử dụng rộng rãi và có thị trường lớn nhờ sự đơn giản trong sản xuất, giá thành chưa quá đắt. Chính vì vậy, một trong những yếu tố để đảm bảo được các yêu cầu trên chính là việc thiết kế vật liệu dùng cho xây dựng mà các viên gạch cấu tạo nên các tường là một thành phần quan trọng cần phải xem xét và nghiên cứu.

Thực vậy, một trong những giai đoạn tiêu thụ năng lượng lớn nhất của việc sản

* TS, Trường Đại học Duy Tân

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

184

xuất gạch đấy chính là công việc nung chín vật liệu tới nhiệt độ từ 900°C đến 1200°C. Với nhiệt độ này, các thành phần hữu cơ, nước liên kết trong đất sét bị đốt cháy hết và các thành phần như Silicat, Carbonat bị nóng chảy và tạo thành chất liên kết vững chắc các phần tử vật chất trong viên gạch. Chính vì vậy mà gạch nung đảm bảo yêu cầu vệ sinh trong sử dụng (chống thấm nước, chống ẩm mốc) và có độ cách âm và cách nhiệt cao [1].

2. NGUYÊN LÝ VÀ YÊU CẦU LÀM VIỆC CỦA TƯỜNG

2.1 Chưc năng va yêu câu chịu lưc

Tường gạch được thiết kế chủ yếu chịu tải trọng đứng trong mặt phẳng của tường. Khi có yêu cầu chịu lực ngang, cấn phải có các thiết kế đặc biệt hơn, ví dụ như dùng hệ thống giằng bằng bê tông cốt thép [2] hoặc bằng hệ thống các sợi (thép, đay) đặt tại các mối nối ngang [3] hoặc đứng [4]. Ngoài chức năng chịu lực, tường còn được dùng như chức năng ngăn cách. Trong trường hợp này, tường chỉ chịu tải trọng bản thân và trong thiết kế, chủ yếu chỉ xét đến điều kiện ổn định [2].

2.2 Chưc năng cach nhiêt

Tại các nước có thời tiết lạnh như ở Châu Âu và Bắc Mỹ, thông thường người ta chú ý đến việc thất thoát năng lượng do quá trình sưởi ấm trong mùa lạnh. Sơ đồ trao đổi nhiệt được đơn giản hóa như ở hình 1. Sơ đồ này cũng hoàn toàn đúng trong mùa hè nếu phía bên trong sử dụng điều hòa nhiệt độ và phía bên ngoài bị mặt trời chiếu nóng.

Hình 1. Mất mát nhiệt trong nhà

Mất mát năng lượng nhiệt qua các thành phần khác nhau trong nhà được thống kê như sau, theo Cơ quan Môi trường và Quản lý năng lượng, Pháp [5]:

i. Mái: từ 28 đến 30%

ii. Tường: từ 20 đến 25%, tùy theo vật liệu sử dụng.

iii. Hệ thống làm mới không khí: 20%.

iv. Mất qua cửa chính và cửa sổ: 12 đến 13%.

v. Sàn: 7%.

vi. Cầu nhiệt: 5 đến 6%.


185

Tại Việt Nam, do đặc thù của khí hậu nóng ẩm, vì vậy trong thiết kế, người ta mới chỉ chú ý đến vấn đề thông thoáng và tạo gió trong nhà (thông thủy). Chính vì vậy mà trong xây dựng, còn có nhiều lỗi đơn giản nhưng làm ảnh hưởng tới tính cách nhiệt của nhà như: xây tường không kín, nhiều ô nhỏ, mối nối giữa tường và cửa sổ bị hở nhiều. Chính vì vậy năng lượng mất mát nhiều khi dùng điều hòa, và bị lạnh trong mùa đông. Do vậy các số liệu trên có thể không đúng cho cách xây dựng của Việt Nam và cần phải nghiên cứu cẩn thận nếu cần thiết.

2.3 Chưc năng cach âm

Ngoài chức năng cách nhiệt, chức năng cách âm của tường đóng vai trò quan trọng. Theo sơ đồ hình 2, tường đóng vai trò trực tiếp trong việc truyền âm từ phòng này sang phòng khác, từ ngoài nhà vào trong nhà (khi nhà được đóng kín)

Hình 2. Truyền âm trong nhà: A: truyền trực tiếp; B,C: truyền qua tường biên

Để hạn chế được việc truyền âm từ phòng này sang phòng khác, tường có thể được tách rời nhau bằng một loại vật liệu có tính truyền âm kém, điển hình là các vật liệu mềm có khả năng phục hồi sau khi biến dạng như len đá, đệm mút, cao su,... Tuy nhiên việc tách rời này lại trái ngược với quan điểm xây dựng cho trường hợp động đất là các khối phải được liên kết chặt chẽ với nhau. Chính vì vậy, việc tìm cách thiết kế các loại tường sao cho bản thân nó đảm bảo được tính cách âm tốt là xu hướng nghiên cứu của các nhà sản xuất vật liệu hiện nay.

3. MỘT SỐ LOẠI GẠCH ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM

Gạch nung là loại vật liệu được sử dụng lâu đời ở Việt Nam, dùng từ công trình nhà tạm, đến nhà ở, tường chắn, cầu, làm đường, nền lát. Trước những năm 1990, hầu hết gạch được sản xuất thủ công, thường có dạng đặc, với kích thước xấp xỉ 200x110x50 (mm3) (hình 3a). Nếu trong quá trình đúc, gạch được nén tốt sau đó được nung đảm bảo, gạch đặc được đánh giá rất tốt trong chịu lực, cách âm, cách nhiệt và tính bền vững. Tuy nhiên, thời gian sấy khô và thời gian nung thường lâu, tốn nhiều năng lượng. Độ “chín” của gạch không đồng đều giữa phía bên trong và bên ngoài viên gạch.

Những năm gần đây, việc sản xuất gạch nung được cơ giới hóa và nhiều sản phẩm rỗng đã có mặt, tham gia vào thị trường xây dựng (hình 3b, 3c). Việc tạo lỗ rỗng


186

đã làm giảm nhẹ khối lượng riêng của gạch một cách đáng kể góp phần làm giảm tải trọng cho nền móng công trình (từ khoảng 1800 kg/m3 còn 1200 đến 1600 kg/m3 tùy vào số lượng lỗ rỗng. Loại gạch này sẽ có khả năng rất tốt trong việc cách âm và cách nhiệt nếu như xây dựng đúng quy cách: không tạo các lỗ hổng xuyên tường.

(a) Gạch rỗng 6 lỗ (b) Gạch rỗng 4 lỗ (c) Gạch đặc

Hình 3. Một số loại gạch đất nung hiện nay được sử dụng tại Việt Nam

Thực tế, tại một số công trường đang xây dựng hiện nay, gạch rỗng được đặt sao cho các lỗ song song với phương ngang. Thỉnh thoảng, các viên gạch được đặt vuông góc với phương dọc tường tạo nhằm tạo ra đứt các mạch vữa, giúp tường ổn định hơn về mặt chịu lực (hình 4).

Hình 4. Minh họa tường xây gạch rỗng (ảnh chụp tại một công trình chung cư đang xây ở Hà nội).

Tuy nhiên, việc sắp xếp các viên gạch như vậy vô tình tạo ra sự mất mát tính chất cách âm và cách nhiệt của loại tường này: mất hoàn toàn khi tường không được trát, hoặc mất một phần khi được trát hai đầu.

4. MỘT SỐ LOẠI GẠCH ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG Ở CHÂU ÂU4.1 Nguyên ly thiết kế cac loai gach

Các sản phẩm gạch được thiết kế trước khi đưa ra sản xuất đại trà được nghiên cứu rất kỹ lưỡng tại các nước Châu Âu. Ví dụ như tại Pháp, có một trung tâm kỹ thuật


187

[6] chuyên nghiên cứu tất cả các quá trình sản xuất, từ vật liệu đầu vào, đến quá trình nung, và đến lúc thành phẩm cho các nhà máy sản xuất trên khắp nước Pháp. Trên thành phẩm, các tính chất sau đây đều được nghiên cứu:

- Độ chịu lực của bloc, của tường.

- Khả năng ngăn truyền nhiệt.

- Khả năng cách âm.

- Khả năng chống mất không khí.

- Khả năng chống cháy của tường.

Về nguyên tắc, để tăng nhanh quá trình sấy

khô của gạch từ lúc được nặn (từ đất nhão) đến lúc đủ khô để đưa vào lò nung, cũng như tiết kiệm năng lượng cho quá trình nung và tạo ra sự “chín” đều cho viên gạch, chúng được thiết kết theo dạng lỗ rỗng lớn và có kích thước các thành rất nhỏ (từ 4 đến 10mm). Trọng lượng riêng của gạch có thể xuống đến 600kg/m3. Tuy nhiên để đảm bảo được các điều kiện nêu trên, hình dạng và phương của các lỗ rỗng phải được nghiên cứu tỉ mỉ.

4.2 Phân loai

Có thể phân loại gạch thành hai loại chính như sau:

4.2.1 Gach có chưc năng lam vach ngăn, không chịu lưc: lỗ rỗng nằm ngang. Chiều dài tổng thể của viên gạch khoảng 500mm, cao tổng thể khoảng 300mm và độ dày tổng thể từ 50mm đến 150mm (Hình 5). Loại gạch này có thể được xây bằng vữa (xi măng/cát/vôi) hay bằng thạch cao.

Hình 5. Một số loại gạch rỗng dùng làm vách ngăn, không chịu lực.


188

4.2.2 Gach có thêm chưc năng chịu lưc:

Để tận dụng khả năng chịu nén tốt và chịu kéo/uốn kém của vật liệu đất nung, trong các thiết kế để gạch chịu lực, các lỗ rỗng thường được thiết kế đứng với nhiều hình dạng khác nhau (hình 6).

Về nguyên tắc cách nhiệt, các lỗ rỗng bên trong phải cấu tạo sao cho đường dẫn nhiệt đi được dài nhất trong viên gạch, đồng thời phải giảm được sự truyền nhiệt do đối lưu khi kích thước các lỗ rỗng quá lớn và độ chênh lệch nhiệt độ giữa các thành của lỗ rỗng quá cao.

(a) Gạch BGV Thermo có độ bền nhiệt R=1,15 m2.K/W, độ bền nén 1 bloc = 6Mpa, độ bền nén của tường = 17T/ml (nén đúng tâm) [7].

(b) Gạch PV20 có độ bền nhiệt R=1,04 m2.K/W, độ bền nén 1 bloc = 7Mpa, độ bền nén của tường = 21T/ml (nén đúng tâm) [8].

(c) Một trong những loại gạch Monomur có độ dày 30 đến 37 cm, được sử dụng rỗng rãi ở Pháp, Đức, Áo, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha [9,10] .

Hình 6. Một số dạng cơ bản của gạch rỗng chịu lực, cách âm, cách nhiệt.


189

Mặt khác, bài toán cách âm là một bài toán phức tạp. Sự truyền âm qua tường phụ thuộc vào tần số của âm, vào tính chất của vật liệu (độ cứng, độ rỗng,...), và vào điều kiện biên của tường [11]. Về nguyên lý, phải tạo ra được các vùng dao động cục bộ bên trong viên gạch để hấp thụ năng lượng do âm thanh truyền tới để giảm thiểu được năng lượng dao động truyền qua phía bên kia của tường.

Đối với các loại gạch này, do có kích thước lớn và nhẹ nên trong khi xây dựng, ít tốn vữa và nhanh chóng.

4. CÔNG NGHỆ XÂY TƯỜNG MỚI

Khi phát triển các sản phẩm gạch rỗng (gọi là gạch kết cấu), do lỗ rỗng to và có chiều đứng nên nếu sử dụng loại vữa truyền thống (xi măng/vôi/cát) thì vữa sẽ bị lọt vào lỗ rất nhiều, gây khó khăn cho thi công và tốn kém.

Chính vì vậy, một loại vữa mới và công nghệ thi công mới được phát triển: vữa dính chiều dày mỏng [12]. Các mối nối được thực hiện bằng cách hòa tan vữa khô làm sẵn (thành phần gồm xi măng, cát, polyme và phụ gia) bằng nước sau đó cho vào con lăn rồi lăn trên bề mặt của hàng gạch ở dưới (hình 7).

Hình 7. Xây tường bằng vữa dính.

Phương pháp dùng xây bằng vữa dính có các ưu điểm sau đây:

i. Công trường sạch sẽ, không bị mất vật liệu.

ii. Thời gian thi công nhanh.

iii. Tường đồng nhất do khối lượng vữa ít, tránh được sự mất nhiệt do các mối nối dày bằng vữa truyền thống sinh ra.

Tuy nhiên, loại mối nối mỏng cũng bộc lộ một số các yếu điểm:

i. Độ bền của tường yếu hơn so với mối nối dày do lực phân bố không đều.

ii. Thực nghiệm chứng minh rằng độ cách âm và chịu lửa của tường này kém hơn so với việc xây bằng vữa truyền thống [13].

Chính vì vậy, khi dùng cho kết cấu cao tầng, do yêu cầu chịu lửa lớn nên


190

thường phải sử dụng thêm vật liệu bao che như len đá, len kính. Hai loại len này cũng đồng thời tăng thêm đặc tính cách âm và cách nhiệt cho tường. Trong điều kiện sử dụng bình thường cho nhà dân (1 đến 2 tầng), theo tiêu chuẩn của Pháp, các loại gạch này đều thỏa mãn các tiêu chuẩn, chứng minh bằng tính toán hoặc bằng thí nghiệm.

5. CÁC KIỂU KẾT CẤU XÂY DỰNG KHÁC TỪ ĐẤT NUNG

Để tạo thuận tiện trong thi công, nhiều loại sản phẩm từ đất nung được thiết kế một cách thông minh để việc thi công được dễ dàng, nhanh chóng và thuận lợi.

Hình 8 giới thiệu loại gạch được cấu tạo lỗ có kích thước bằng kích thước của cột để tạo cốp pha. Với cách cấu tạo này, trong quá trình đổ cột, không cần phải có thêm cốp pha ngoài, tiết kiệm thời gian và chi phí. Đồng thời gạch giúp bảo vệ được bê tông khỏi độ ẩm và tăng cường tính chống cháy cho cột.

Hình 8. Cột trong tường tránh được phải dùng cốp pha.

Ngoài ra, tại các vị trí lanh tô hoặc dầm giằng, hệ thống cốt pha bằng gạch có dạng chữ U cũng được sử dụng (hình 9).

Hình 9. Cốp pha cho lanh tô và dầm giằng.

Với hệ thống cốp pha này, bê tông không phải trực tiếp tiếp xúc với khí nóng và khí lạnh nên khả năng cách nhiệt của tường được cải thiện rõ rệt (do tính dẫn nhiệt của bê tông xấp xỉ 1,2 W/m/K lớn hơn nhiều so với đất nung, xấp xỉ bằng 0,4 W/m/K).


191

6. KẾT LUẬN:

Cho đến nay, việc sử dụng gạch đất nung vẫn còn phổ biến trong xây dựng ở Việt Nam, tuy nhiên cách thức sản xuất cũng như sử dụng vẫn còn nhiều bất cập cần giải quyết để đáp ứng được yêu cầu chịu lực, cách âm, cách nhiệt cũng như giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình sản xuất cũng như trong quá trình sử dụng công trình sau này. Các công trình nghiên cứu ở các nước Châu Âu đã tạo ra những sản phẩm gạch thỏa mãn được các yêu cầu trên và hiện tại vẫn được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng. Chúng được coi là một sản phẩm sinh thái hơn so với gạch bê tông. Thực vậy gạch bê tông tiêu tốn một năng lượng lớn dùng để sản xuất xi măng, cũng như tính dẫn nhiệt lớn và cách âm kém.

Trung tâm nghiên cứu phát triển (R&D Center) và Khoa Xây dựng Đại học Duy tân sẵn sàng hợp tác với các nhà sản xuất và các đơn vị nghiên cứu để cải tiến sản phẩm, đáp ứng được các yêu cầu và tiêu chuẩn mới trong ngành xây dựng nhà ở, phù hợp với xu hướng quốc tế về xây dựng sinh thái, thân thiện môi trường.


192

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Kornmann M. et al., Clay bricks and rooftiles, Manufacturing and properties, Société de l'industrie minéral (2007).

[2] Eurocode 6. Design of masonry structure. European Standard, CEN (2006).

[3] Modena C. Sismic Behavior of Masonry Structures: Experimentally Based Modelling, Masonry International , Vol 6, No2 (1992), pp 57-68.

[4] Tomazˇevicˇ M. , Lutman M., Bosiljkov V. Robustness of hollow clay masonry units and seismic behaviour of masonry walls, Construction and Building Materials Vol. 20 (2006) pp 1028–1039

[5] www.ademe.fr

[6] www.ctmnc.fr

[7] www.bouyer-leroux.com

[8] www.imerys-structure.com

[9] www.wienerberger.fr

[10] Lourenço P. et al. Vertically perforated clay brick masonry for loadbearing and non-loadbearing masonry walls, Construction and Building Materials, vol 24, issue 11, 06-2010, pp 2317-2330

[11] Jacqus G. et al. A homogenised vibratory model for predicting the acoustic roperties of hollow brick walls, Journal of Sound and Vibration, vol 330, issue 14, 03/2011, pp 3400-3409.

[12] Merlet J.-D. Innovation dans la maçonnerie: la technique de pose à joints minces, Centre Technique et Scientifique du Bâtiment (2000).

[13] Thê-Duong Nguyên. Behavior of hollow brick masonry in fire stuation: experimental study and modelling of spalling risk, PhD thesis (in French), University Paris-Est (2009).

kẾt cẤu gẠch vÀ tƯỜng mỚi sỬ dỤng trong xÂy...

Documents