Hãy tưởng tượng các công trường xây dựng nơi các cấu trúc bê tông được định hình không phải bằng các khuôn cứng nhắc mà bằng các loại vải dẻo, nơi các tòa nhà xuất hiện như những tác phẩm điêu khắc với hiệu quả vật liệu được tối ưu hóa và vẻ đẹp thẩm mỹ. Tầm nhìn này đang trở thành hiện thực thông qua những tiến bộ trong công nghệ ván khuôn bê tông, đặc biệt là thông qua các hệ thống khuôn dẻo.
Ván khuôn bê tông, thường được gọi là coffrage, đóng vai trò là giàn giáo tạm thời xác định hình dạng và chất lượng của các cấu trúc bê tông. Phát triển từ gỗ truyền thống đến kim loại, nhựa và vật liệu composite hiện đại, công nghệ ván khuôn phản ánh sự theo đuổi hiệu quả, hiệu quả chi phí và tính bền vững của ngành xây dựng.
Ván khuôn bằng gỗ vẫn phổ biến vì khả năng thích ứng và khả năng tiếp cận vật liệu, nhưng lại tốn nhiều công sức cho các dự án quy mô lớn với độ bền hạn chế. Các hệ thống ván khuôn được thiết kế bằng cách sử dụng khung kim loại đúc sẵn với nhiều vật liệu bề mặt khác nhau giúp cải thiện tốc độ thi công và khả năng tái sử dụng. Tuy nhiên, các hệ thống thông thường này vẫn gặp khó khăn với các hình dạng hình học phức tạp và các yêu cầu về tính bền vững hiện đại.
Ván khuôn bằng nhựa tái sử dụng ngày càng phổ biến cho các dự án nhẹ do độ bền và dễ xử lý. Khuôn bê tông cách nhiệt (ICF) tích hợp ván khuôn với lớp cách nhiệt, hợp lý hóa việc xây dựng đồng thời tăng cường hiệu suất nhiệt và âm thanh. Ván khuôn kết cấu vĩnh viễn bằng nhựa gia cố bằng sợi cung cấp định nghĩa hình dạng đồng thời tăng cường tính toàn vẹn của kết cấu.
Rời khỏi các khuôn cứng nhắc, các hệ thống ván khuôn dẻo sử dụng các loại vải có độ bền cao để khai thác tính linh hoạt của bê tông, tạo ra các hình dạng được tối ưu hóa về mặt kết cấu. Cách tiếp cận này làm giảm đáng kể lượng tiêu thụ bê tông, giảm lượng khí thải carbon đồng thời cho phép các thiết kế thể hiện kiến trúc. Bằng cách kiểm soát hình học vải, các kỹ sư có thể tạo ra các mặt cắt ngang thay đổi chính xác phù hợp với các yêu cầu về tải trọng kết cấu, đạt được hiệu quả vật liệu chưa từng có.
Là các yếu tố ngang quan trọng, sàn nhà đã chứng kiến sự phát triển liên tục của ván khuôn. Các kỹ sư La Mã cổ đại đã đi tiên phong trong các cấu trúc hình vòm và hình vòm để bù đắp cho độ bền kéo yếu của bê tông. Việc xây dựng sàn hiện đại chỉ trở thành xu hướng chủ đạo sau khi phát minh ra xi măng Portland và bê tông cốt thép.
Khuôn đường hầm đại diện cho các hệ thống có kích thước bằng phòng, đúc tường và sàn đồng thời, lý tưởng cho việc xây dựng các đơn vị lặp đi lặp lại. Mặc dù giảm đáng kể thời gian thi công, các hệ thống này đòi hỏi không gian làm việc đáng kể và đòi hỏi phải lập kế hoạch kết cấu cẩn thận.
Khuôn leo hoặc khuôn nhảy cung cấp các giải pháp đúc theo chiều dọc tăng dần theo tiến độ xây dựng. Cần thiết cho việc xây dựng các tòa nhà cao tầng, các hệ thống này bao gồm các phiên bản điều chỉnh thủ công cho đến các cơ chế leo tự động, đặc biệt phù hợp với tháp, trụ cầu và lõi thang máy.
Với sự nhấn mạnh ngày càng tăng vào việc giảm lượng khí thải carbon của ngành xây dựng, ngành này phải đối mặt với áp lực phải tối ưu hóa việc sử dụng bê tông. Vì việc sản xuất bê tông vẫn tiêu tốn nhiều năng lượng, các giải pháp ván khuôn sáng tạo như khuôn dẻo cung cấp các con đường để đạt được hiệu quả vật liệu thông qua tối ưu hóa hình dạng.
Ván khuôn dựa trên vải đại diện cho một bước tiến chuyên biệt bằng cách sử dụng các vật liệu dẻo để tạo hình bê tông tươi. Được hỗ trợ bởi Hiệp hội Ván khuôn Vải Quốc tế, công nghệ này cho phép các hình dạng hình học phức tạp đồng thời giảm thiểu chất thải vật liệu. Những cải tiến của Nga như hệ thống tấm thép "Proster" thể hiện thêm tính linh hoạt cho các cấu trúc cong.
Việc tháo khuôn thích hợp đòi hỏi bê tông phải đạt được độ bền đầy đủ, thường là sau khi bảo dưỡng tối thiểu 24 giờ. Việc tháo sớm có nguy cơ gây ra sự cố kết cấu. Các kỹ sư phải tính đến áp suất thủy tĩnh trong quá trình đặt, với áp suất tối đa xảy ra ở đáy bê tông tươi. Việc gia cố ván khuôn thường liên quan đến việc giằng thép và hệ thống neo để chịu được các lực này.
Một số hệ thống ván khuôn vĩnh viễn cung cấp các lợi ích kết cấu bổ sung, phục vụ như một sự gia cố trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của hình dạng. Khi khoa học vật liệu và chế tạo kỹ thuật số phát triển, ngành xây dựng đang hướng tới các giải pháp ván khuôn hiệu quả hơn, bền vững hơn và thể hiện kiến trúc hơn, hứa hẹn sẽ xác định lại môi trường xây dựng trên toàn thế giới.
