Công nghệ nối cốt thép bằng ống ren

Công nghệ nối cốt thép bằng ren

Bê tông cốt thép là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng. Nhu cầu sử dụng cốt thép cho các công trình trên cả nước lên đến hàng triệu tấn, trong đó khối lượng thép tròn cần được nối chiếm từ 55 đến 70% của tổng số cốt thép trong bê tông. ở Việt nam hiện nay, phương pháp nối cốt thép thông dụng vẫn là nối buộc và nối hàn.
Một số hạn chế khi sử dụng phương pháp nối buộc:
- Cốt thép làm việc không đồng tâm, khó đảm bảo chiều dài nối buộc theo quy định.
- Khối lượng thép tại các mối nối buộc rất lớn.
- Tỷ lệ số lượng mối nối tại một tiết diện được quy định giới hạn khi sử dụng phương
pháp nối buộc cốt thép để đảm bảo an toàn cho kết cấu. Do vậy, việc buộc cố định cốt
sẽ gặp nhiều khó khăn đặc biệt ở vị trí có mật độ cốt thép dày đặc hoặc trên cao.
- Việc gia công, lắp dựng cốt thép đảm bảo vùng nối - chiều dài nối theo đúng quy định
dẫn đến một phần cây thép bị thừa không đủ chiều dài yêu cầu để sử dụng cho các kết
cấu khác. Khối lượng thép không đủ quy cách này gây ra lãng phí, đặc biệt ở những
công trình sử dụng một khối lượng lớn thép xây dựng.
Một số hạn chế khi sử dụng phương pháp nối hàn:
- Có một số loại cốt thép không được sử dụng phương pháp hàn vì ảnh hưởng đến tính
năng cơ lý của thép.
- Cốt thép làm việc không đồng tâm.
- Khó kiểm soát chất lượng đường hàn (chiều dài, chiều cao, độ đồng nhất của mối hàn)
do mối hàn thực hiện trên công trường và tay nghề của thợ.
- Khi sử dụng phương pháp này nhất thiết phải có nguồn điện cung cấp để hàn, tiêu tốn
nhiều điện năng, gây ô nhiễm môi trường.
- Tốc độ thi công chậm và gặp nhiều khó khăn đối với các vị trí trên kết cấu có mật độ
cốt thép cao.
Bên cạnh các phương pháp nối cốt thép truyền thống còn có một số các phương pháp nối cốt
thép tiên tiến khác rất được quan tâm. Đó là phương pháp nối cốt thép bằng cơ khí. Tuỳ theo
công nghệ sử dụng, nối cốt thép bằng phương pháp cơ khí gồm các loại như:
- Nối cốt thép bằng phương pháp dập ép ống nối.
- Nối cốt thép bằng ống ren.
- Nối cốt thép bằng ống và keo gắn epoxi, nối cốt thép bằng thiết bị nối có vít chí ...
Trong số các phương pháp nối cốt thép bằng cơ khí nói trên, nối cốt thép bằng ống ren hiện
đang được ứng dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới do công nghệ đơn giản, độ tin cậy
cao và dễ sử dụng tại hiện trường.

Phương pháp nối cốt thép sử dụng ống nối có ren được các nước tiên tiến trên thế giới áp dụng từ thập niên 90 của thế kỷ trước. Sau đó phát triển sang Trung Quốc và các nước Đông Nam Á từ 1995 tới nay. Nguyên lý của phương pháp này là sử dụng thiết bị ép đầu và tạo ren đầu cốt thép sau đó nối hai thanh thép với nhau thông qua một ống nối có ren.
Công nghệ nối cốt thép bằng ống nối có ren là công nghệ tiên tiến được ứng dụng rộng rãi trong các kết cấu kiến trúc hạ tầng của thế giới. Công nghệ này có ưu điểm rất lớn trong lĩnh vực xây dựng. Việc nghiên cứu và phát minh ra phương pháp nối cốt thép bằng ống nối có ren không chỉ mang lại các đặc điểm tiên tiến về mặt kỹ thuật mà còn mang lại lợi ích kinh tế rất lớn. Phương pháp này cho phép người thợ thi công nhanh bằng các thao tác lắp ghép đơn giản, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật vì các thao tác chính là chồn đầu, tạo ren đầu cốt thép, vặn ống nối vào một thanh thép đã được thực hiện từ trước ở dưới mặt đất, khi thi công mối nối trên công trình người thợ chỉ cần tiến hành vặn nốt thanh thép vào đầu kia của ống nối.

2, Ưu điểm nổi bật của công nghệ nối cốt thép bằng ống nối có ren.

*
* Mối nối cốt thép bằng công nghệ nối có ren có chất lượng mối nối ổn định, độ tin cậy rất cao.
* Cốt thép làm việc đồng tâm.
* Thời gian thi công nhanh do việc tạo ren được làm trước.
* Phạm vi ứng dụng rộng rãi, thích hợp cho việc dùng các loại thép cấp CII, CIII. Cốt thép có đường kính Φ16 - Φ40. Có thể nối những cốt thép có đường kính giống nhau, khác nhau, theo bất kỳ phương hướng và vị trí nào.
* Đảm bảo an toàn và vệ sinh môi trường, không ảnh hưởng đến cuộc sống và sinh hoạt của các khu dân cư quanh công trình, đảm bảo an toàn đáng tin cậy trong khi thi công, dễ kiểm tra chất lượng mối nối tại kết cấu công trình bằng mắt thường (kiểm tra chiều dài vặn ren).
* Công nghệ tiên tiến, thích hợp với các công trình đòi hỏi chất lượng mối nối cao nhưng cốt thép không được phép hàn.
* Tiết kiệm được nguồn năng lượng (công suất của thiết bị chỉ 3 ¸ 4 KW), giảm thiểu tới mức tối đa các đoạn thép ngắn, đầu mẩu tạo ra như khi nối cốt thép bằng các phương pháp khác gây ra.
* Mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với các công trình có kết cấu nhịp lớn, kết cấu sử dụng cốt thép đường kính lớn, phương pháp này đặc biệt hiệu quả đối với các cốt thép có đường kính ≥ Φ20 mm.

Công nghệ nối cốt thép bằng ống nối ren có chồn đầu cốt thép đã được áp dụng và được tiêu chuẩn hoá ở các nước trên thế giới từ rất lâu: Tiêu chuẩn JG171(Trung Quốc), ACI 318 - UBC1997 (Mỹ), BS8110 (Anh), NF A35-020-1 (Pháp), DIN 1045 (Đức).... và đang được lập tiêu chuẩn ISO/WDI 15835. Phù hợp với một số tiêu chuẩn khác trong nước và quốc tế.

Hiện nay nối cốt thép chủ yếu vẫn dùng phương pháp nối chồng.

Nối chồng là phương pháp phổ biến đối với ngành xây dựng ở nước ta hiện nay. Việc nối chồng được thực hiện bằng cách chồng hai thanh thép song song với nhau theo một độ dài nhất định và chúng được liên kết với nhau bằng hàn hoặc buộc

Các đặc điểm của phương pháp nối chồng:

- Tất cả các mối nối đều phải thực hiện tại công trình, do đó thời gian thi công mối nối kéo dài, số lượng nhân công sử dụng lớn.
- Việc truyền lực trong cốt thép bị gián đoạn và gián đoạn trong bê tông do các thanh thép nối với nhau không đồng tâm.
- Khó đảm bảo chiều dài nối chồng theo quy định.
- Khả năng chịu lực không tốt do khó kiểm tra chất lượng nối chồng tại hiện trường.
- Quá trình lắp dựng cốt thép thủ công nên với những kết cấu sử dụng cốt thép có đường kính lớn, cốt thép dễ bị xô lệch.
- Không thể nối chồng những thanh thép có chiều dài ngắn (đầu mẩu).
- Đoạn nối chồng chiếm nhiều không gian nên bê tông khó điền đầy không gian kết cấu

3, Nối cốt thép bằng cán ren trực tiếp

Sử dụng một máy bóc gân cốt thép và cán ren sau khi đã cắt bằng đầu cốt thép:

Bước 1 : Cắt bỏ lớp gân cốt thép trên máy cán ren.
Bước 2 : Cán ren cốt thép trên máy cán ren.
Bước 3 : Nối 2 cốt thép bằng ống nối có ren.

Thi công:

*
* Trường hợp khi hai thanh thép không thể xoay tương đối so với nhau thì khi thi công người thợ kỹ thuật có thể chọn phương pháp vặn ống nối. Theo phương pháp này thanh thép số 1 được tiện phần chiều dài ren bằng chiều dài ống nối, thanh thép số 2 được tiện ren bằng nửa chiều dài ống nối. Sau đó người thợ vặn hết chiều dài ống nối vào thanh thép số 1. Khi 2 thanh thép được đặt vào vị trí đấu đầu nhau thì người thợ vặn ống nối ngược trở ra sao cho chiều dài ống nối chia đều cho mỗi thanh thép. Trường hợp này áp dụng khi thi công cọc nhồi, đầu cột, đài móng, đài cọc...

*
* Trường hợp khi hai thanh thép có thể xoay tương đối so với nhau thì khi thi công người thợ lắp đặt có thể chọn phương pháp vặn thanh thép. Theo phương pháp này hai thanh thép sẽ được tiện ren sao cho phần chiều dài ren trên mỗi thanh thép bằng một nửa chiều dài ống nối. Sau đó người thợ vặn ống nối vào một thanh thép sao cho chiều dài phần ống nối ngập vào thanh thép bằng một nửa chiều dài ống nối. Khi nối hai thanh thép với nhau người thợ kỹ thuật có thể đưa thanh thép còn lại vào và vặn thanh thép ngập vào nửa chiều dài ống nối còn lại. Trong trường hợp này người thợ kỹ thuật có thể nối 2 thanh thép trước rồi sau đó mới đưa vào vị trí thi công.

4, Công nghệ nối cốt thép bằng ống ren

4.1. Nối cốt thép bằng phương pháp sử dụng ống ren
Nguyên lý nối cốt thép bằng ống ren là sử dụng một ống nối chuyên dụng có ren ở bên trong
để nối hai thanh cốt thép đã được ren trước ở đầu. Tuỳ theo công nghệ gia công đầu ren của
cốt thép và ống ren, người ta phân loại phương pháp nối cốt thép bằng ống ren thành 3 loại
chính như sau:
- Nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép.
- Nối cốt thép bằng ống ren có ren hình côn (đầu ren cốt thép và ren bên trong ống ren có
dạng hình côn).
- Nối cốt thép bằng ống ren sử dụng ren lăn (ren trực tiếp trên đầu cốt thép và ren trong
ống bằng công nghệ lăn ren).
Phương pháp nối cốt thép này bắt đầu được các nước tiên tiến trên thế giới sử dụng vào
những năm đầu của thập kỷ 90, sau đó phát triển sang Trung Quốc và các nước Đông Nam
á từ 1998 tới nay.
Những ưu điểm nổi bật của công nghệ nối cốt thép bằng phương pháp này là:
- Mối nối cốt thép bằng công nghệ nối ren có chất lượng ổn định và độ tin cậy rất cao.
- Cốt thép làm việc đồng tâm.
- Sau khi nối, cốt thép làm việc như một thanh liên tục và không bị ảnh hưởng nhiều đến
chất lượng bám dính giữa cốt thép và bê tông. Vì vậy mối nối chịu kéo tốt hơn so với
phương pháp nối chồng.
- Được phép sử dụng trong khi không được phép nối chồng đối với các thanh thép chờ
chịu kéo.
- Được phép sử dụng khi có yêu cầu sự truyền lực kéo liên tục tại các vị trí nối cốt thép.
- Thời gian thi công nhanh do công việc tạo ren được làm từ trước.
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi, thích hợp dùng cho loại thép nhóm CII (SD 295A), CIII
(SD390) có đường kính từ 14 đến 50 mm. Có thể nối những cốt thép có đường kính
giống nhau, khác nhau trong bất kỳ phương hướng và vị trí nào.
- Khi sử dụng phương pháp nối này tại các vị trí dầy đặc cốt thép trong kết cấu sẽ góp
phần làm giảm hàm lượng thép trong tiết diện, dễ dàng thi công.
- Bảo đảm an toàn và vệ sinh môi trường trong khi thi công.
- Công nghệ tiên tiến, thích hợp với các công trình đòi hỏi chất lượng mối nối cao hoặc
cốt thép không được phép hàn.
- Tiết kiệm được nguồn năng lượng (công suất yêu cầu của thiết bị chỉ 3-4 kW) và một
khối lượng thép khá lớn sẽ bị bỏ đi do không đáp ứng được vùng nối-chiều dài nối buộc
theo quy định.
- Mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với các công trình kết cấu có sử dụng cốt thép đường
kính lớn đặc biệt là đối với các loại cốt thép có đường kính lớn hơn hoặc bằng 20mm.
Giảm tiêu hao cốt thép từ 10-20% khối lượng thép sử dụng trên công trình.
Công nghệ nối ren này đã được áp dụng và đã được tiêu chuẩn hoá ở các nước phát triển trên
thế giới như tiêu chuẩn JG 171 của Trung Quốc; Tiêu chuẩn UBC1997, tiêu chuẩn ACI 318
của Mỹ; Tiêu chuẩn BS8110 của Anh; Tiêu chuẩn NF35-30-1 của Pháp; Tiêu chuẩn DIN10-
45 của Đức. Hiện nay phương pháp nối cốt thép bằng ống ren đang biên soạn tiêu chuẩn
quốc tế ISO/WDI15835. Rất nhiều công trình nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng phương pháp
này trong quá trình thi thi công như :
- Sân bay quốc tế Hồng Công.
- Tháp đôi Petronas Malaysia.
- Sân vận động quốc gia Sydney.
- Sân bay quốc tế San Francisco.

4.2. Công nghệ và thiết bị tạo mối nối bằng ống ren

4.2.1 Công nghệ nối bằng ống ren
Mối nối được tạo nên bởi liên kết giữa hai thanh cốt thép đã được ren thông qua một ống nối
có ren trong (được thiết kế và sản xuất sẵn từ nhà máy) .

Hình 1: Các thành phần của mối nối ren

Các bước cơ bản của công nghệ nối ren được thực hiện như sau:

Bước 1: Gia công tạo ren đầu cốt thép bằng máy tiện ren

Bước 2: Nối các thanh cốt thép bằng ống ren phù hợp và kiểm tra độ xiết chặt.

Hình 3: Lắp ráp mối nối ren

Hình 4: Kiểm tra độ siết chặt của ống ren

4.2.2 Thiết bị

Máy tạo ren cốt thép chạy bằng động cơ điện để tạo ra các loại ren khác nhau phù hợp với
các loại cốt thép từ 14-40mm. Thao tác tạo ren trên cốt thép đơn giản, không yêu cầu thợ có
tay nghề quá cao. Năng suất cao, có thể tạo từ 300 đến 500 đầu ren trong một ca.

Hình 5: Máy tiện đầu ren cốt thép

4.3. Yêu cầu kỹ thuật của mối nối cốt thép bằng ống ren

4.3.1 Cấp mối nối
Mối nối cốt thép bằng ống ren thẳng được phân thành mối nối cấp I và mối nối cấp II dựa
trên tính năng chịu kéo (Bảng 1) và biến dạng của mối nối (Bảng 2).
- Mối nối cấp 1 được sử dụng tại những vị trí có ứng suất cao khi mối nối cần phát huy
được toàn bộ khả năng chịu lực và biến dạng.
- Mối nối cấp 2 sử dụng tại nhứng vị trí có ứng suất nhỏ hơn, không cần huy động toàn
bộ khả năng chịu lực và biến dạng của cốt thép. Cơ quan thiết kế sẽ lựa chọn và chỉ
định cấp của mối nối tuỳ thuộc theo vị trí nối, yêu cầu về khả năng chịu lực và biến
dạng của cấu kiện, kết cấu.

Bảng 1: Cường độ chịu kéo của mối nối

4.3.2 ống nối ren
ống nối ren sử dụng để nối cốt thép là ống tròn được sản xuất sẵn dưới dạng sản phẩm ở nhà
máy. ống xuất xưởng phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật và có chứng chỉ hợp chuẩn. ống
nối ren gồm hai loại để sử dụng cho cốt thép nhóm CII (SD 295A) hoặc CIII (SD 390). Các
thông số cơ bản của ống ren nối cốt thép theo TCVN được thể hiện trong các bảng 3 và 4.

4.3.3 Thi công và nghiệm thu
Tỷ lệ % của tổng diện tích cốt thép chịu lực được nối trên một mặt cắt phù hợp với những
quy định sau:
- Mối nối cốt thép nên bố trí ở những vị trí có ứng suất chịu kéo nhỏ trong cấu kiện, kết
cấu. Khi cần thiết phải bố trí mối nối ở những vị trí có ứng suất cao thì trong một mặt
cắt không được sử dụng quá 50% mối nối cấp II và không hạn chế tỷ lệ % với mối nối
cấp I.
- Mối nối nên tránh bố trí ở những vùng dầy cốt đai, ở đầu dầm, đầu cột của khung có
yêu cầu chống động đất. Trong trường hợp đặc biệt thì tỷ lệ mối nối sử dụng không
được vượt quá 50%.
- ở những vị trí ứng suất chịu kéo của cốt thép tương đối nhỏ hoặc cốt thép chịu nén theo
chiều dọc thì không hạn chế tỷ lệ % mối nối sử dụng trong cùng một mặt cắt.
- Trong cấu kiện, kết cấu trực tiếp chịu tải trọng động, tỷ lệ % của mối nối sử dụng
không được vượt quá 50%.
- Đối với các cấu kiện chịu kéo, mối nối được bố trí so le nhau. Khoảng cách giữa các
mối nối không nhỏ hơn 35 lần đường kính của loại cốt thép lớn nhất trong mối nối.
Trị số môment lực xiết chặt phù hợp với quy định ghi trong bảng 5.