Diễn Đàn SEO - vnseo.edu.vn - PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KỸ THUẬT CỦA GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE CỐT SỢI TỔNG HỢP Ngày nay với sự tồn tại của nhiều công trình cũ nên việc cải tạo, mở rộng, nâng cấp công trình cũ là một giải pháp ngày càng quan trọng có thể thay thế cho việc xây mới vốn rất tốn kém về kinh tế. Trọng tâm trong lĩnh vực này là việc gia cường kết cấu bê tông cốt thép sau khi đã khai thác để đáp ứng điều kiện cũng như yêu cầu khai thác mới. Các lý do cho việc này có thể là: · Thay đổi việc khai thác công trình do sự thay đổi về hệ thống kết cấu hoặc về tải trọng · Do sự sai sót về thiết kế cũng như thi công · Do ăn mòn đối với cốt thép · Do ảnh hưởng của môi trường (ví dụ như động đất),… Khoảng 40 năm trước đây, người ta đã biết đến việc gia cường sức kháng uốn của kết cấu bằng phương pháp dán bản thép. Trong vòng 20 năm gần đây việc sử dụng vật liệu gia cường cốt sợi các-bon và thủy tinh đã thay thế dần các bản thép. Các tấm vật liệu tổng hợp này được chế tạo từ các cốt sợi phi kim loại cường độ cao với khoảng 70% thể tích trong sự dính kết với keo epoxi. Trong các vật liệu liên kết cốt sợi thì vật liệu sợi các-bon (CFRP) có các đặc tính tốt hơn so với các vật liệu cốt sợi khác như thủy tinh (GFRP ) và polymer aramid (AFRP). Vật liệu kết dính được dùng cũng giống như đối với bản thép là keo epoxi. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trước đây về giải pháp gia cường sức kháng uốn của kết cấu với các tấm composite cốt sợi các-bon được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới. Ngày nay thì các tấm gia cường composite này được sản xuất phổ biến ở Tây Âu, Nhật Bản, Nam Mỹ,.. So sánh với các phương pháp gia cố truyền thống, phương pháp sử dụng tấm composite thể hiện nhiều nhiều lợi thế. Việc thi công đơn giản, gọn nhẹ. Hơn nữa, chiều cao kết cấu được giữ nguyên và tĩnh tải gia tăng là rất nhỏ. Vật liệu cốt sợi phi kim loại cũng có những điểm hạn chế. So với giải pháp gia cường bằng các tấm thép thì vật liệu này đắt hơn. Việc thi công cũng đòi hỏi người có kỹ thuật cao và không thích hợp cho kết cấu chịu nhiệt vì dưới tác dụng của nhiệt độ cao các keo dính có nhiều vấn đề. Vật liệu cốt sợi tổng hợp composite gia cường cho kết cấu bê tông có tiềm năng lớn và có thể đảm nhiệm được cả hai việc: sửa chữa gia cường và làm tăng sức chịu tải của kết cấu. Với ưu điểm nhẹ, cường độ cao, mô đun đàn hồi lớn và khả năng chống ăn mòn cao, vật liệu composite cốt sợi các-bon và thủy tinh rất thích hợp cho việc gia cường kết cấu bê tông cốt thép. Hơn thế nữa, việc sử dụng các tấm composite bọc lên bề mặt cấu kiện còn có thể bảo vệ và hạn chế sự gỉ cũng như ăn mòn của các phần cốt thép bên trong lòng bê tông. Phương pháp gia cường kết cấu bằng tấm sợi tổng hợp . Vật liệu cốt sợi tổng hợp . Đặc tính cấu tạo a) Chất kết dính: Chất kết dính được sử dụng để gắn kết tấm vật liệu cốt sợi tổng hợp và bề mặt bê tông của cấu kiện. Chất kết dính giúp truyền tải trọng giữa bề mặt bê tông và hệ thống gia cường tấmcomposite. Chất kết dính cũng được sử dụng để gắn các lớp vật liệu composite lại với nhau. b) Cốt sợi: Các cốt sợi thủy tinh, aramid và các-bon thường được sử dụng với hệ thống gia cường bằngvật liệu composite. Các cốt sợi này giúp cho hệ thống gia cường về mặt cường độ và độ cứng. e) Lớp bảo vệ: Lớp bảo vệ giúp giữ gìn cốt thép gia cường đã được kết dính khỏi các tổn hại tiềm năng do môi tác động môi trường và cơ học. Lớp bảo vệ được ứng dụng điển hình ở bề mặt ngoài củahệ thống gia cường sau khi thực hiện việc bảo dưỡng lớp kết dính. Việc bảo vệ này có nhiều dạng khác nhau. Chúng bao gồm keo epoxy, hệ thống kết dính tạo nhám, lớp bảo vệ chống cháy,... Đặc tính vật lý a) Khối lượng riêng: Vật liệu polymer cốt sợi có khối lượng riêng trong khoảng từ 1,2 tới 2,1 g/cm3, theo đó nhỏ hơn thép 6 lần. Việc giảm khối lượng riêng giúp giảm giá thành vận chuyển, giảm phần tĩnh tải gia tăng của kết cấu và có thể dễ dàng xử lý vật liệu ở công trường. Bảng 1 Thép GFRP CFRP AFRP 7,9 1,2 – 2,1 1,5 – 1,6 1,2 – 1,5 b) Hệ số dãn nở nhiệt: Các hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu composite chịu lực một chiều khác nhau theo phương dọc và ngang, phụ thuộc vào kiểu loại cốt sợi, vật liệu kết dính và tỷ lệ cốt sợi. Bảng 2: Hệ số dãn nở nhiệt của các loại vật liệu cốt sợi Hệ số dãn nở nhiệt (× 10[sup]-6[/sup]/°C) GFRP CFRP AFRP Theo chiều dọc, a[sub]L[/sub] 6 tới 10 –1 tới 0 –6 tới –2 Theo chiều ngang, a[sub]T[/sub] 19 tới 23 22 tới 50 60 tới 80 Ghi chú: đây là các giá trị điển hình đối với hàm lượng thể tích cốt sợi thay đổi trong phạm vi 0,5 tới 0,7 [1]. c) Ảnh hưởng của nhiệt độ cao: Phụ thuộc vào nhiệt độ, mô đun đàn hồi của vật liệu polymer bị giảm đáng kể do sự thay đổi cấu trúc vật liệu của nó. Ở vật liệu composite frp, cốt sợi thể hiện đặc tính nhiệt tốt hơn so với chất kết dính và có thể tiếp tục chịu một số tải trọng theo phương dọc thớ cho đến khi nhiệt độ đạt tới giới hạn làm chảy cốt sợi. Điều này có thể xảy ra khi nhiệt độ vượt quá 1000°C. Cốt sợi thủy tinh có khả năng chịu nhiệt không quá 275°C. Do sự giảm lực chuyển đổi giữa các cốt sợi thông qua liên kết tới chất kết dính, đặc tính chịu kéo của vật liệu composite bị giảm. Các kết quả thí nghiệm đã cho thấy, ở nhiệt độ 250°C (cao hơn nhiều so với nhiệt độ giới hạn của vật liệu kết dính) sẽ làm giảm cường độ chịu kéo của các vật liệu cốt sợi thủy tinh và carbon tới 20%. Các đặc tính khác bị tác động bởi sự truyền lực cắt qua phần vật liệu kết dính, chẳng hạn như cường độ chịu uốn, sẽ bị giảm đáng kể ở nhiệt độ thấp. . Đặc tính cơ học a) Cường độ chịu kéo: Khi chịu lực kéo trực tiếp, vật liệu cốt sợi tổng hợp không thể hiện ứng xử dẻo trước khi bị phá hoại. Ứng xử kéo của vật liệu này được biểu diễn bằng quan hệ ứng suất – biến dạng đàn hồi tuyến tính đến khi bị phá hoại, và trong trường hợp này sự phá hoại là đột ngột và giòn. Cường độ kéo và độ cứng của vật liệu cốt sợi composite phụ thuộc vào nhiều tham số. Vì các sợi trong vật liệu tổng hợp là thành phần chịu tải chính, nên kiểu cốt sợi, chiều sắp xếp của cốt sợi, lượng cốt sợi và phương pháp cũng như điều kiện chế tạo cốt sợi ảnh hưởng tới đặc tính chịu kéo của vật liệu này. b) Ứng xử nén: Các hệ thống gia cường ngoài bằng vật liệu cốt sợi tổng hợp không được sử dụng cho mục đích gia cường vùng chịu nén. Mô đun đàn hội nén thường nhỏ hơn so với mô đun đàn hồi kéo. Các kết quả thí nghiệm trên cùng loại vật liệu với tỷ lệ thể tích là 55-60% của cốt sợi thủy tinh liên tục nằm trong chất kết dính ester hoặc polyester đã cho thấy là mô đun đàn hồi có giá trị trong khoảng 34000 và 48000 MPa. Mô đun đàn hồi nén xấp xỉ 80% mô đun đàn hồi kéo đối với vật liệu GFRP, 85% đối với CFRP và 100% đối với AFRP. Với những ưu điểm về vật liệu như cường độ chịu tải lớn, khối lượng nhẹ so với các vật liệu truyền thống, và về sự thuận tiện trong việc thi công, phương pháp gia cường kết cấu bê tông cốt thép bằng việc dán vật liệu cốt sợi tổng hợp thể hiện sự hiệu quả kỹ thuật cao. Sự tăng cường vật liệu cường độ cao này ở những vùng chịu kéo làm tăng chiều cao chịu nén của mặt cắt bê tông, kéo theo sự tăng về sức chịu tải uốn của cấu kiện. Khảo sát số và thực nghiệm đều cho thấy, việc gia cường bằng tấm vật liệu composite cũng làm tăng đáng kể độ cứng của cấu kiện sau khi gia cường. Vì vật liệu gia cường có giới hạn biến dạng phá hoại cao, nên sự phá hoại của mặt cắt chịu lực chủ yếu xảy ra do bê tông vùng chịu nén vượt quá khả năng chịu lực. Sự chuyển đổi từ dạng phá hoại dẻo do cốt thép thường sang phá hoại dòn ở bê tông vùng chịu nén đã khai thác được tối đa sự chịu lực của bê tông, và do đó hiệu quả gia tăng sức chịu tải của kết cấu là cao congnghehoa.vn (trích đăng) bọc composite bọc frp lining composite chống ăn mòn hóa chất gia cường kết cấu bê tông màng chống thấm composite Website: congnghehoa.vn Hotline: 0913 777 702 – mr.linh
