Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng xử chịu cắt của dầm bê tông có cốt thép đai bị ăn mòn được tăng cường bằng bê tông cốt lưới dệt

Bài viết Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng xử chịu cắt của dầm bê tông có cốt thép đai bị ăn mòn được tăng cường bằng bê tông cốt lưới dệt trình bày một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm để xác định ứng xử chịu cắt của dầm bê tông có cốt thép đai bị ăn mòn được tăng cường bằng bê tông cốt lưới dệt.

Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 111-126 Transport and Communications Science Journal EXPERIMENTAL STUDY ON SHEAR BEHAVIOR OF REINFORCED CONCRETE BEAMS WITH CORRODED STIRRUPS STRENGTHENED WITH CARBON TEXTILE REINFORCED CONCRETE Nguyen Huy Cuong1*, Dinh Huu Tai1, Le Minh Canh2 University of Transport and Communications, No Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam Campus in Ho Chi Minh city, University of Transport and Communications, 450-451 Le Van Viet Street, Ho Chi Minh city, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 13/07/2021 Revised: 27/09/2021 Accepted: 15/10/2021 Published online: 15/02/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.73.2.2 * Corresponding author Email: nguyenhuycuong@utc.edu.vn; Tel: +8498 983 2425 Abstract Corrosion of embedded reinforcing steel is widely accepted as the primary contributor causing premature damage to reinforced concrete (RC) structures The Textile Reinforced Concrete (TRC) system is a relatively new technology in reparing and strengthening concrete structures, including flexure, shear, and confinement This paper reports an experimental investigation on the shear behavior of the corroded RC beams with stirrups having different levels of corrosion The shear resistance contributions from the corroded RC beams and carbon TRC at various volume ratios were carefully examined Eighteen beams were tested, including twelve beams subjected by an electrochemically accelerated aging technique for 60 and 90 days to obtain the theoretical mass loss in their stirrups of 10% and 20%, respectively The stirrups were locally corroded in the shear span A three-point bending test was applied to observe the shear behavior of the corroded beams Eight corroded RC beams were strengthened with and layers of carbon textile in the form of U-wraps The objective of the test program was to investigate the shear performances of strengthened beams loaded up to failure, including load-deflection behavior, crack patterns, ultimate capacities, and modes of failure For the severely damaged beams, the shear strength in the specimen was strengthened by the 2-layers and 3-layers improved 42.5% and 60.6% Keywords: textile-reinforced concrete, strengthen, corroded stirrups, carbon textile  2022 University of Transport and Communications 111 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 111-126 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TƠNG CĨ CỐT THÉP ĐAI BỊ ĂN MỊN ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG BÊ TƠNG CỐT LƯỚI DỆT Nguyễn Huy Cường1*, Đinh Hữu Tài1, Lê Minh Cảnh2 Trường Đại học Giao thông vận tải, Số Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam Phân hiệu Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thơng vận tải, 450-451 Lê Văn Việt, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 13/07/2021 Ngày nhận sửa: 27/09/2021 Ngày chấp nhận đăng: 15/10/2021 Ngày xuất Online: 15/02/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.73.2.2 * Tác giả liên hệ Email: nguyenhuycuong@utc.edu.vn; Tel: +84989832425 Tóm tắt Ăn mịn cốt thép bê tơng ngun nhân gây hư hỏng suy thối cho kết cấu bê tơng cốt thép Bê tông cốt lưới dệt (TRC) công nghệ việc sửa chữa tăng cường kết cấu bê tông, bao gồm tăng cường sức kháng uốn, sức kháng cắt sức kháng nén Bài báo trình bày số kết nghiên cứu thực nghiệm để xác định ứng xử chịu cắt dầm bê tơng có cốt thép đai bị ăn mịn tăng cường bê tông cốt lưới dệt (TRC) Sức kháng cắt dầm BTCT bị ăn mòn lớp TRC với hàm lượng cốt lưới dệt thay đổi đánh giá chi tiết Trong nghiên cứu này, có 18 dầm thí nghiệm, có 12 dầm gia tốc q trình ăn mịn điện hóa thời gian 60 90 ngày để đạt mức độ mát khối lượng lý thuyết 10% 20% với cốt thép đai Quá trình điện hóa thực cốt thép đai đoạn chiều dài chịu cắt dầm thí nghiệm Các dầm đối chứng thí nghiệm uốn ba điểm để xác định sức kháng cắt Tám dầm BTCT bị ăn mòn tăng cường với lớp lưới sợi bon, có cấu trúc dạng chữ U Mục tiêu nghiên cứu chương trình thí nghiệm xác định ứng xử chịu cắt dầm tăng cường, bao gồm quan hệ lực – độ võng, cấu trúc vết nứt, sức kháng cắt dạng phá hoại Kết thí nghiệm cho thấy, dầm bị ăn mòn mạnh, sức kháng cắt dầm tăng cường lớp lưới sợi tăng lên 42,5% 60,6% Từ khóa: bê tông cốt lưới dệt, tăng cường, cốt đai bị ăn mòn, cốt lưới dệt bon  2022 Trường Đại học Giao thông vận tải 112 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 111-126 ĐẶT VẤN ĐỀ Ăn mịn cốt thép bê tơng nguyên nhân gây hư hỏng phá hủy kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) Việt Nam giới Quá trình cốt thép bị ăn mịn gây nứt lớp bê tơng bảo vệ, gây mát diện tích tiết diện cốt thép, làm giảm sức kháng xuống tới mức gây nguy hiểm cho trạng thái giới hạn chịu lực Tuy nhiên, việc thay cơng trình địi hỏi khơng kinh phí xây dựng lớn mà cịn nhiều vấn đề phát sinh phá bỏ cơng trình cũ thay cơng trình mới, đặc biệt vấn đề đảm bảo giao thông cơng trình sở hạ tầng đường bộ, đường sắt Do đó, giới phát triển nhiều loại vật liệu tiên tiến, có tính tốt để sửa chữa tăng cường khả chịu lực cho kết cấu bê tơng cũ Hiện nay, có nhiều cơng nghệ sửa chữa, tăng cường kết cấu BTCT ứng dụng Việt Nam, bao gồm: công nghệ bọc “áo” BTCT (reinforced concrete jacketing), dán thép, dự ứng lực ngoài, dán vật liệu polymer cốt sợi FRP (fiber reinforced polymer) v.v Các cơng nghệ có ưu điểm nhược điểm riêng, hầu hết tập trung vào việc cải thiện khả chịu lực cho kết cấu Tuy nhiên, nhìn chung loại vật liệu chưa thể ứng dụng hiệu điều kiện mơi trường khắc nghiệt, tính ăn mịn mạnh Do đó, phương pháp cịn nhiều hạn chế việc sửa chữa tăng cường kết cấu BTCT vùng ven biển Bê tông cốt lưới dệt (Textile Reinforced Concrete, TRC) loại bê tông hạt mịn có cốt dạng lưới dệt từ sợi bon hay sợi thuỷ tinh kháng kiềm Lưới sợi dệt vật liệu có nhiều ưu điểm đặc biệt có cường độ cao, trọng lượng nhẹ có độ bền với môi trường cao [1] Hiện nay, có số nghiên cứu ứng dụng TRC việc tăng cường, sửa chữa kết cấu cũ nhiều nước giới[1-3] TRC sử dụng để tăng cường hiệu kết cấu dầm, cột, chịu uốn, cắt, nén xoắn, không trạng thái giới hạn cường độ mà cải thiện khả chống nứt tốt cho kết cấu Các kết nghiên cứu cho thấy, TRC phù hợp để áp dụng phương pháp bảo vệ ca tốt để chống ăn mịn cho cốt thép bê tơng Với phương pháp này, TRC vừa đóng vai trị tăng cường chịu lực vừa đóng vai trị chống ăn mịn cho cốt thép [4] Hiện nay, có số lượng lớn nghiên cứu sử dụng TRC để tăng cường sức kháng cắt dầm BTCT chưa bị ăn mòn [5-8] Blanksvärd [5], Azam [6], Escrig [7] Tzoura [8] khảo sát hiệu tăng cường sức kháng cắt cho dầm BTCT với nhiều loại lưới sợi khác nhau, bao gồm: sợi thủy tinh, sợi bon, sợi PBO, sợi bazan Trong nghiên cứu này, TRC “trát” lên mặt dầm để bó sợi làm việc tương tự cốt thép đai hay cốt thép xiên Đồng thời, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc tăng cường khác tăng cường mặt, mặt mặt dầm [5]; thay đổi loại lưới sợi, số lớp lưới sợi, phương lưới sợi [6]; thay đổi loại bê tông hạt mịn [5]; so sánh hiệu tăng cường với vật liệu FRP [8] v.v Trong khoảng 10 năm qua, có số nghiên cứu thực để đánh giá ứng xử chịu uốn kết cấu dầm BTCT bị ăn mòn, tăng cường TRC [9-11] Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu thực để tăng cường sức kháng cắt cho kết cấu dầm BTCT bị ăn mòn Elghazy [9] thực việc gia cường cho dầm BTCT bị ăn mòn TRC sợi bon cho thấy, việc gia cường khôi phục độ cứng sức kháng uốn kết cấu dầm EI-Maaddawy [10] nghiên cứu ứng xử chịu uốn dầm BTCT tiết diện chữ T bị ăn mòn, sửa chữa gia cường TRC sợi bon sợi bazan Kết nghiên cứu cho thấy, TRC sợi bazan khơng khơi phục tồn sức kháng uốn dầm bị ăn mòn, TRC sợi bon khơi phục đến 109% sức kháng Oluwadahunsi [12] sử dụng TRC để tăng cường sức kháng uốn cho dầm BTCT có mức độ ăn mòn cốt thép 10 20% Sau tăng cường, sức kháng dầm tăng từ 5,3 đến 26% 113 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 111-126 Trong thực tế, hầu hết kết cấu cần sửa chữa tăng cường xuất hư hỏng ăn mịn cốt thép bê tơng Tuy nhiên, nay, giới chưa có nghiên cứu thực để đánh giá hiệu tăng cường sức kháng cắt cho dầm BTCT có cốt thép bị ăn mịn TRC Bài báo trình bày số kết nghiên cứu thực nghiệm để xác định ứng xử chịu cắt dầm bê tông có cốt thép đai bị ăn mịn tăng cường TRC sử dụng lưới sợi bon Các tham số thay đổi nghiên cứu mức độ ăn mòn, hàm lượng cốt lưới dệt tăng cường, loại tải trọng tác dụng Ngoài dầm đối chứng, có 12 dầm gia tốc q trình ăn mịn điện hóa cốt thép bê tơng nhằm đạt mức độ mát khối lượng cốt thép đai 10% 20% Tám dầm BTCT bị ăn mòn tăng cường với lớp lưới sợi bon, có cấu trúc dạng chữ U NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 Quy hoạch thí nghiệm Trong nghiên cứu này, nhóm dầm với tổng cộng 18 dầm BTCT dạng giản đơn thí nghiệm uốn điểm, tác dụng tải trọng tĩnh tải trọng lặp không đổi chiều (Bảng 1) Trong nhóm G1, dầm khơng bị ăn mịn sử dụng để làm dầm đối chứng Trong đó, dầm R01 R02 dầm khơng có cốt thép đai, thí nghiệm để xác định đóng góp sức kháng cắt bê tơng khơng có cốt thép đai Dầm R1-1 R1-2 dầm đối chứng gia tải tĩnh, với mục tiêu xác định khả chịu lực (Pu) dầm BTCT Từ kết giá trị lực lớn Pu, phổ tải trọng lặp thiết kế để áp dụng cho dầm lại Tương tự, dầm R2-1 R2-2 dầm đối chứng gia tải lặp không đổi chiều, nhằm so sánh với dầm bị ăn mòn dầm tăng cường TRC chuỗi thí nghiệm Các nhóm dầm G2 G3 có dầm, gia tốc q trình ăn mịn cốt thép với thời gian 60 90 ngày, với mục tiêu đạt mức độ ăn mịn đáng kể cho cốt thép đai bê tơng, tương ứng mức độ mát khối lượng lý thuyết 10 20% Trong nhóm G2, có dầm L1R1 L1R2 dầm ăn mòn sử dụng làm đối chứng Các dầm lại tăng cường với lớp lưới sợi bon Nguyên tắc thực với chuỗi dầm nhóm G3 Đối với trường hợp, có mẫu thí nghiệm Bảng Các nhóm mẫu thí nghiệm Nhóm G1: khơng bị ăn mịn G2: Bị ăn mịn mức độ (trung bình) G3: Bị ăn mòn mức độ (nặng) R0-1, R0-2 Loại tải trọng Tĩnh R1-1, R1-2 Tĩnh R2-1, R2-2 L1R1, L1R2 L1S2-1, L1S2-2 L1S3-1, L1S3-2 L2R1, L2R2 L2S2-1, L2S2-2 L2S3-1, L2S3-2 Lặp Lặp Lặp Lặp Lặp Lặp Lặp Dầm Mô tả Không có cốt đai bên “yếu” Dầm đối chứng chịu tải trọng tĩnh, để xác định khả chịu lực (Pu) Dầm đối chứng khơng bị ăn mịn Dầm bị ăn mịn, đối chứng nhóm Dầm bị ăn mòn, tăng cường lớp lưới Dầm bị ăn mòn, tăng cường lớp lưới Dầm bị ăn mịn, đối chứng nhóm Dầm bị ăn mòn, tăng cường lớp lưới Dầm bị ăn mòn, tăng cường lớp lưới 2.2 Cấu tạo mẫu thí nghiệm Trong nghiên cứu này, tất dầm có kích thước 150 mm × 250 mm × 900 mm, với lớp bê tơng bảo vệ cốt thép đai 20 mm Các dầm thí nghiệm uốn điểm, với 114 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 111-126 chiều dài nhịp 600 mm, tương ứng với tỷ lệ chiều dài chịu cắt chiều cao làm việc (a/d) 1,36 Hình trình bày cấu tạo dầm thí nghiệm Tất dầm, trừ dầm R0-1 R0-2, có cấu tạo với ba cốt thép đường kính 18 mm thớ dưới, hai cốt thép đường kính 18 mm thớ Dầm chia thành hai nửa, đặt tên “bên khỏe” (bên đặt cốt đai dày), “bên yếu” (bên đặt cốt thép đai thưa) với mục đích để dầm bị phá hoại bên yếu Cụ thể, bên khỏe đặt cốt thép đai đường kính mm, khoảng cách 50 mm Ngược lại, bên yếu đặt cốt thép đai mm với khoảng cách 100 mm Cần lưu ý rằng, có bên yếu dầm ngâm dung dịch Nacl, cốt thép đai bên yếu gia tốc trình ăn mòn Việc tăng cường thực bên yếu Hai dầm cịn lại nhóm G1 (R0-1 R0-2) không đặt cốt thép đai bên yếu, với mục tiêu xác định sức kháng cắt dầm khơng có cốt thép đai Hình Cấu tạo dầm thí nghiệm Tất mẫu thí nghiệm sử dụng bê tơng thường, có cường độ chịu nén trung bình tuổi 28 ngày 38,5 MPa Cốt thép dọc đường kính 18 mm cốt thép đai đường kính mm có cường độ chịu kéo 429,4 MPa 363,1 MPa Bê tông hạt mịn sử dụng nghiên cứu có đường kính hạt lớn 0,6 mm Cường độ chịu nén cường độ chịu kéo uốn trung bình bê tơng hạt mịn 45,2 MPa 5,3 MPa Trong nghiên cứu này, lưới sợi bon mã hiệu SITgrid017 sử dụng để tăng cường sức kháng cắt cho dầm (Hình 1) Các bó sợi bon có độ mịn 3200 tex, với khoảng cách bó sợi 12,7 mm, diện tích bó sợi 1,808 mm2 Cường độ chịu kéo mô đun đàn hồi lưới sợi 2890 MPa 185 GPa 2.3 Quy trình thí nghiệm Quy trình thí nghiệm bao gồm bốn giai đoạn trình bày Hình Trong giai đoạn một, 18 dầm BTCT chế tạo bảo dưỡng đủ 28 ngày Giai đoạn hai trình gia tốc ăn mịn cho 12 dầm (nhóm G2 G3) Giai đoạn ba trình tăng cường cho dầm bị ăn mịn lớp TRC có tiết diện chữ U “bên yếu” Giai đoạn bốn thí nghiệm học cho 18 dầm Sau thí nghiệm, cốt thép đai bị ăn mòn tách khỏi dầm 115 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 111-126 Hình Quy trình thí nghiệm Ở giai đoạn một, cốt thép chế tạo thành khung hoàn chỉnh, gắn điện trở đo biến dạng cho cốt thép dọc cốt đai (Hình 3-a) Đồng thời, để gia tốc q trình ăn mịn, dây điện nối trực tiếp vào nhánh đai “bên yếu” Các dầm đổ bê tông thời điểm, bảo dưỡng điều kiện thí nghiệm đến 28 ngày Hình Chế tạo mẫu thí nghiệm q trình gia tốc ăn mịn cốt thép bê tông 116 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 111-126 Ở giai đoạn hai, kỹ thuật gia tốc ăn mòn áp dụng cách đưa nguồn điện chiều vào cốt thép đai (nằm bê tông) Mười hai dầm, chia làm hai nhóm, ngâm bể chứa dung dịch NaCl 5% Trong đó, nhóm G2 ngâm 60 ngày nhóm G4 ngâm 90 ngày (Hình 3-b) Mật độ dịng điện lựa chọn 400 μA/cm2, tính tốn theo cơng thức điện hóa Faraday Các dầm ngâm để ngập 1/2 chiều dài dầm (xấp xỉ 450 mm) Điện áp ghi kiểm tra hàng ngày Hàng tuần, dầm nâng lên khỏi bể chứa để quan sát vết nứt đo bề rộng vết nứt ăn mòn Ở giai đoạn 3, sau hồn thành q trình gia tốc ăn mịn, 4/6 dầm nhóm G2 G3 tăng cường TRC với lớp lưới sợi bon Quy trình tăng cường thực dựa dẫn kỹ thuật ACI 549.4R-13 [1] Để đảm bảo dính bám TRC với bê tông nền, bề mặt dầm bên yếu (bên có cốt thép bị ăn mịn) mài Đồng thời, góc dầm bo trịn với bán kính cong 30 mm nhằm hạn chế việc suy giảm cường độ chịu kéo lưới sợi quấn xung quanh dầm theo tiết diện chữ U Hình Quy trình tăng cường sức kháng cắt cho dầm bị ăn mịn TRC Hình Thiết lập thí nghiệm 117 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 111-126 Ở giai đoạn 4, tất dầm thí nghiệm Phịng thí nghiệm Vật liệu kết cấu Trường Đại học Giao thông Vận tải Thí nghiệm uốn ba điểm thực theo phương pháp kiểm soát lực, với tốc độ gia tải 0,5 kN/s, máy kéo nén SANS 3000 kN Sơ đồ bố trí thiết lập thí nghiệm thể Hình Một LVDT loadcell lắp đặt để đo độ võng nhịp tải trọng tác dụng lên dầm Các điện trở gắn cốt thép để đo biến dạng cốt dọc cốt đai trình thí nghiệm Hình Phổ tải trọng lặp Bốn dầm nhóm G1 thí nghiệm tĩnh, mười bốn dầm cịn lại thí nghiệm tác dụng tải trọng lặp giai đoạn đầu sau gia tải bị phá hoại Căn vào giá trị tải trọng lớn Pu ghi nhận từ dầm R1-1 R1-2 (được xác định xấp xỉ 400 kN từ thí nghiệm), phổ tải trọng lặp không đổi chiều xác định Hình Ba cấp tải trọng lặp xây dựng, tương ứng với (0,3-0,5 Pu), (0,5-0,7 Pu), (0,7-0,9 Pu) Các cấp lực mô tả cấp độ khai thác cấu kiện thực tế (cấp tải trọng khai thác, mức tải thấp, mức tải cao) PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 3.1 Các dầm khơng bị ăn mịn (nhóm G1) Hình Quan hệ lực – độ võng dầm khơng bị ăn mịn chịu tải trọng tĩnh nhóm G1 Hình Hình trình bày quan hệ lực - độ võng nhịp cấu trúc vết nứt dầm 118 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 111-126 đối chứng khơng bị ăn mịn Tất dầm bị phá hoại cắt, với vết nứt nghiêng lớn mở rộng “bên yếu”, thể Hình Trong q trình thí nghiệm, số vết nứt uốn vết nứt uốn-cắt xuất Tuy nhiên, giai đoạn phá hoại, có vết nứt nghiêng cắt mở rộng lớn gây nên phá hoại cho tất dầm Đầu tiên, thí nghiệm tĩnh thực với dầm đối chứng R0-1 R0-2, dầm khơng bố trí cốt thép đai “bên yếu” Các vết nứt nghiêng nhỏ xuất bụng dầm, mức tải trọng từ 152-164 kN Sau đó, tải trọng tiếp tục gia tăng, nhiều vết nứt nghiêng lớn bắt đầu xuất lan truyền theo đường chéo từ bụng dầm đến gối gia tải gối đỡ (Hình 9) Sau đạt đến mức tải trọng lớn (xấp xỉ 222 kN), vết nứt nghiêng mở rộng dầm bị phá hoại đột ngột Hình Cấu trúc vết nứt dầm khơng bị ăn mịn nhóm G1 Hình Quan hệ lực – độ võng dầm R2-1 R2-2 (khơng bị ăn mịn) chịu tải trọng lặp Đối với hai dầm R1-1 R1-2 (có cốt thép đai “bên yếu”), vết nứt xuất vị trí dầm, theo phương vng góc với trục dầm, mức tải trọng 172 194 119 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 111-126 kN Các vết nứt nghiêng cắt hình thành vị trí bụng dầm tải trọng 180 210 kN (Hình 8) Sau xuất vết nứt nghiêng, tải trọng tiếp tục tăng lên lực cắt truyền qua vết nứt nhờ hiệu ứng cài khóa cốt liệu, hiệu ứng chốt thép dọc, làm việc cốt đai Khi tải trọng tăng, vết nứt nghiêng tiếp tục mở rộng phát triển từ bụng dầm đến gối đỡ vị trí gia tải Độ cứng dầm, thể qua độ dốc đường quan hệ tải trọng độ võng, lớn đáng kể so với mẫu dầm R0-1 R0-2 Các dầm bị phá hoại “bên yếu”, mức tải trọng 398,6 384,3 kN So sánh dầm R1-1 R0-1, mẫu có cốt thép đai có khả kháng cắt lớn đến 74,5% Dầm bị phá hoại đột ngột mức tải trọng xấp xỉ 400 kN Căn vào mức tải trọng lớn này, phổ tải trọng lặp xây dựng trình bày Hình Đối với mẫu R2-1 R2-2 chịu tải trọng lặp, vết nứt dạng thẳng góc (với trục dầm) hình thành trước tiên mức tải trọng xấp xỉ 200 kN Sau đó, vết nứt uốncắt bắt đầu xuất khoảng tải trọng từ 200-280 kN Các vết nứt nghiêng cắt bắt đầu xuất tải trọng tác dụng 280 kN bên phía dầm yếu 360 kN bên phía dầm khỏe Khi tiếp tục tăng tải trọng, nhiều vết nứt nhỏ xuất xung quanh song song với vết nứt (Hình 8) Độ võng dầm chịu tải trọng lặp lớn so với dầm chịu tải trọng tĩnh xuất hiện, tích lũy nhiều vết nứt Sau kết thúc chu kỳ tải trọng lặp, lực tác dụng tăng dầm bị phá hoại Sự phá hoại dầm xảy vết nứt nghiêng mở rộng “bên yếu” mức tải trọng xấp xỉ 409 kN 3.2 Các dầm bị ăn mòn, khơng tăng cường (dầm đối chứng) Nhóm G2 G3 có 12 dầm có cốt thép đai bị ăn mòn mức độ, chịu tải trọng lặp Trong đó, nhóm có dầm bị ăn mịn không tăng cường, sử dụng làm dầm đối chứng Hình 10 trình bày quan hệ lực – độ võng nhịp dầm đối chứng Cấu trúc vết nứt dầm đối chứng bị ăn mịn thể Hình 11 Hình 14 Sau thí nghiệm, cốt thép đai tách khỏi dầm để đánh giá mát khối lượng q trình ăn mịn (Bảng 2) Hình 10 Ứng xử chịu cắt dầm đối chứng, bị ăn mòn nhóm G2 G3 Mức độ ăn mịn tính tốn dựa khối lượng cốt thép đai bị mát q trình ăn mịn Mức độ ăn mòn dao động từ 12,3 đến 23,6% cốt thép đai dầm nhóm thứ (Bảng 2) Sự phá hoại ăn mòn thường lan rộng (khá đều) dọc theo chiều dài cốt 120 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 111-126 thép đai mẫu L1R1 L1R2 Tuy nhiên, vài vị trí cốt thép đai mẫu L2R1 L2R2 bị suy giảm tiết diện đáng kể ăn mịn mang tính cục (ăn mịn điểm) Hình 11 Cấu trúc vết nứt dầm nhóm G2 cốt thép đại bị ăn mịn tách khỏi dầm Bảng Tóm tắt kết thí nghiệm Nhóm G1:Khơng bị ăn mịn G2: Bị ăn mịn mức (mức trung bình) Dầm Mất mát khối lượng (%) R0-1 R0-2 R1-1 R1-2 R2-1 R2-2 L1R1 L1R2 L1S2-1 L1S2-2 Không 12,3 14,7 12,8 13,6 121 Lực lớn (kN) 220,6 226,2 395,6 384,3 398,6 429,5 353,4 340,7 476,5 467,0 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 111-126 G3: Bị ăn mòn mức (mức nặng) L1S3-1 L1S3-2 L2R1 L2R2 L2S2-1 L2S2-2 L2S3-1 L2S3-2 12,5 11,9 23,6 21,9 19,8 21,7 23,3 22,9 498,4 524,1 313,5 304,0 449,2 430,6 501,5 490,2 Tất bốn dầm đối chứng bị ăn mịn nhóm G2 G3 có ứng xử chịu cắt tương tương đồng, với vết nứt cắt lớn phát triển vượt trội so với vết nứt uốn Tuy nhiên, mẫu L2R1 L2R2 có độ cứng nhỏ so với dầm khơng bị ăn mịn Điều thể rõ với dầm có cốt thép đai bị ăn mịn “mạnh” Nói cách khác, ăn mịn cốt thép đai có xu hướng làm giảm độ cứng dầm BTCT Khả chịu cắt lớn dầm L2R1 L2R2 chịu tải trọng lặp 313,5 304,2 kN, giảm 25,3% so với dầm đối chứng 3.2 Các dầm bị ăn mịn, khơng tăng cường Hình 11 Hình 14 thể cấu trúc vết nứt dạng phá hoại dầm bị ăn mòn, tăng cường TRC Nhìn chung, dạng phá hoại xảy vết nứt nghiêng lớn bên yếu, kèm theo lưới sợi bị kéo đứt dầm tăng cường lớp lưới sợi bon Ngược lại, với dầm tăng cường lớp lưới bon, dầm bị phá hoại cắt ép vỡ nén bên khỏe Hình 12 Hình 13 trình bày quan hệ lực – độ võng dầm tăng cường, so sánh với dầm đối chứng Có thể thấy, việc tăng cường TRC cải thiện độ cứng, khả chịu lực dầm bị ăn mòn Hình 12 Quan hệ lực – độ võng dầm tăng cường nhóm G2 Đối với dầm tăng cường nhóm G2 (ăn mịn trung bình), vết nứt uốn phát triển sớm Do có mặt lớp TRC, độ cứng ban đầu dầm lớn so với dầm đối chứng bị ăn mòn Khi tải trọng tăng lên, vết nứt uốn bắt đầu nghiêng góc, hình thành nên vết nứt uốn-cắt Các vết nứt cắt xuất mức tải trọng lướn so với dầm đối chứng Cụ thể, vết nứt nghiêng cắt quan sát mẫu L1S2-1, L1S22, L1S3-1, L1S3-2 mức tải trọng 240kN, 210kN, 270, 255kN So sánh mẫu L1S2-1 and L1S3-1, việc tăng số lớp lưới sợi bon làm tăng mức tải trọng 122 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 111-126 gây vết nứt cắt Trong mẫu L1S2-1 L1S2-2, lưới sợi bị kéo đứt dọc theo vết nứt nghiêng thời điểm dầm bị phá hoại So với dầm đối chứng (L1R1 L2R2), sức kháng cắt dầm L1S2-1 L1S2-2 tăng 37,3% 34,6% Sau dầm bị phá hoại, tải trọng suy giảm đột ngột trì mức tải trọng nhỏ Cần lưu ý rằng, mức tải trọng trì lớn so với cá dầm đối chứng có số bó sợi ngang có chiều dài dính bám nhỏ cịn làm việc Tương tự, việc tăng cường lướp lưới sợi mẫu L1S3-1 L1S3-2 cải thiện đến 43,6% 51,0% sức kháng cắt so sánh với dầm bị ăn mòn không tăng cường Tuy nhiên, dạng phá hoại nén bê tông bị ép vỡ xảy bên khỏe, lưới sợi bon bên yếu chưa bị kéo đứt Nói cách khác, lưới sợi chưa phát huy hết khả chịu lực Khi cốt thép đai bị ăn mòn nặng (dao động từ 19,8% đến 23,3%) nhóm G3, vết nứt uốn vết nứt uốn-cắt xuất mức tải trọng nhỏ so với nhóm G2 Có thể quan sát Hình 13 Bảng 2, lướp TRC cải thiện đáng kể sức kháng cắt độ cứng dầm bị ăn mòn Tuy nhiên, biến dạng (độ võng) giá trị lực lớn khác biệt đáng kể mẫu thí nghiệm nhóm Tương tự dầm khơng tăng cường, mẫu L2S2-1 L2S2-2 bị phá hoại vết nứt nghiêng mở rộng lớn bên yếu Tuy nhiên, số lượng vết nứt mẫu tăng cường lớp lưới sợi phân tán nhiều so với dầm đối chứng Điều chứng tỏ hiệu lớp TRC việc cải thiện khả chịu cắt dầm Hai dầm bị phá hoại mức tải trọng 449,2 430,6kN, lớn 42,5% so với dầm đối chứng nhóm G3 Trong đó, sức kháng cắt dầm tăng cường lớp lưới sợi tăng lên đến 60,6% so với dầm đối chứng Cần lưu ý rằng, mức độ mát khối lượng trung bình ăn mịn cốt thép đai nhóm G3 22,6%, lớn so với nhóm G2 (12,7%) Hình 13 Quan hệ lực – độ võng dầm tăng cường nhóm G3 Kết thí nghiệm từ dầm tăng cường nhóm G3 cho thấy, lớp TRC làm cải thiện sức kháng cắt, độ cứng dầm đối chứng (kể dầm bị ăn mịn dầm khơng bị ăn mịn) Khi sử dụng lớp lưới sợi, hàm lượng lưới sợi đủ lớn, dạng phá hoại thay đổi từ vết nứt nghiêng mở rộng lớn bên yếu thành phá hoại nén bê tông bị ép vỡ bên khỏe Điều chứng tỏ lưới sợi bon chưa phát huy hết khả chịu lực 123 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 111-126 Hình 14 Cấu trúc vết nứt dầm nhóm G3 cốt thép đại bị ăn mòn KẾT LUẬN Bài báo trình bày số kết nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu tăng cường sức kháng cắt TRC dầm BTCT có cốt thép đai bị ăn mòn Đối tượng nghiên cứu kết cấu dầm giản đơn, nhịp ngắn, có kích thước tiết diện tương đối nhỏ Đối với kết cấu vật liệu thí nghiệm, số kết luận rút từ kết thí nghiệm sau: Sức kháng cắt dầm có cốt thép đai lớn 74,5% so với dầm đối chứng khơng có cốt thép đai Đối với dầm khơng bị ăn mòn cốt thép, dầm chịu tải trọng tĩnh chịu tải trọng lặp có tương đồng dạng phá hoại, với vết nứt nghiêng cắt mở rộng lớn Tuy nhiên, vết nứt cắt dầm chịu tải trọng lặp phát triển mạnh số lượng bề rộng vết nứt so với dầm chịu tải trọng tĩnh Đối với dầm có cốt thép đai bị ăn mịn, sức kháng cắt dầm giảm mức độ ăn mòn cốt thép tăng lên So với mẫu đối chứng, sức kháng cắt trung bình mẫu bị ăn mòn giảm đến 16,08 25,34%, tương ứng với mức độ ăn mòn cốt thép từ 12,3-23,6% khối lượng Sự ăn mịn cốt thép có xu hướng làm giảm độ cứng dầm BTCT cách 124 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 111-126 đáng kể mức độ ăn mòn cốt thép cao Nsgược lại, độ cứng dầm có cốt thép bị ăn mòn L1R1 L1R2 (với mức độ ăn mịn nhỏ) khơng bị ảnh hưởng nhiều khả kháng cắt chúng bị suy giảm đáng kể Các kết thí nghiệm rằng, lớp TRC tiết diện chữ U cải thiện độ cứng khả chịu lực dầm bị ăn mòn Đối với dầm bị ăn mòn mức trung bình nhóm G2, so với dầm đối chứng, sức kháng cắt dầm tăng cường tăng lên đến 34,6% 51,0% Đối với dầm bị ăn mịn mạnh nhóm G3, sức kháng cắt dầm tăng cường lớp lưới sợi tăng lên 42,5% 60,6% Điều chứng tỏ, lớp TRC sợi bon khôi phục cải thiện đáng kể sức kháng cắt cho dầm bị ăn mòn Đối với dầm tăng cường lớp lưới sợi nhóm G2 G3, hàm lượng lưới sợi đủ lớn, dạng phá hoại thay đổi từ phá hoại vết nứt nghiêng mở rộng lớn kèm lưới sợi bị kéo đứt bên yếu thành phá hoại nén bê tông bị ép vỡ bên khỏe Hướng nghiên cứu triển khai thời gian tới đánh giá ứng xử chịu cắt kết cấu dầm BTCT nhịp ngắn có kích thước lớn (kích thước đầy đủ, full-scale) có cốt thép đai cốt thép dọc bị ăn mòn, tăng cường TRC LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Trường đại học Giao thông vận tải đề tài mã số T2019KTXD-07TĐ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W Brameshuber, Textile Reinforced Concrete State-of-the Art Report of RILEM Technical Comittee 201-TRC, 1st ed Bagneux, vol 36: RILEM Publications S.A.R.L., 2006 [2] Zulassung Z-31.10-182, Gegenstand: Verfahren zur Verstärkung von Stahlbeton mit TUDALIT (Textilbewehrter Beton), Prüfstelle: DIBt, Antragsteller: TUDAG TU Dresden Aktiengesellschaft, 2015 [3] ACI Committee, ACI 549.4R-13: Guide to Design and Construction of Externally Bonded Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) Systems for Repair and Strengthening Concrete and Masonry Structures, American Concrete Institute, 2013 [4] A Asgharzadeh, M Raupach, Damage Mechanisms of Polymer Impregnated Carbon Textiles Used as Anode Material for Cathodic Protection, Applied Sciences, (2019) 110 https://doi.org/10.3390/app9010110 [5] T Blänksvard , B Täljsten, A Carolin , Shear strengthening of concrete structures with the use of mineral based composites, Journal of Composites for Construction, 13 (2009) 25-34 https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2009)13:1(25) [6] R Azam, K Soudki, FRCM strengthening of shear-critical RC beams, Journal of Composites in Construction, 18 (2014) 1-9 https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000464 [7] C Escrig, L Gil, E Bernat-Maso, F Puigvert, Experimental and analytical study of reinforced concrete beams shear strengthened with different types of textile-reinforced mortar, Construction and Building Materials, 83 (2015) 248-260 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.03.013 [8] E Tzoura, T C Triantafillou, Shear strengthening of reinforced concrete T-beams under cyclic loading with TRM or FRP jackets, Materials and Structures, 49 (2016) 17–28 https://doi.org/10.1617/s11527-014-0470-9 [9] M Elghazy, A El-Refai, U Ebead, A Nanni, Corrosion-Damaged Reinforced Concrete Beams Repaired with Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (FRCM), Journal of Composites for Construction, 22 (2018) 04018039 https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000873 125 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 111-126 [10] T El-Maaddawy, A El-Refai, Innovative Repair of Severely Corroded T-Beams Using FabricReinforced Cementitious Matrix, Journal of Composites for Construction, 20 (2016) 04015073 https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000641 [11] L Fang, T Zhou, D Yi, W Yi, Experimental Study on Flexural Capacity of Corroded RC Slabs Reinforced with Basalt Fiber Textile, Applied Sciences, 11 (2020) 144 https://doi.org/10.3390/app11010144 [12] S Oluwadahunsi, C.K.S Mo, Performance of Corroded Reinforced-Concrete Beams in Flexure Strengthened Using Different Basalt Fiber Textile-Reinforced Mortar Schemes, Journal of Composites for Construction, 24(2020) 04020061 https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0001075 126 ... cường lớp lưới Dầm bị ăn mòn, tăng cường lớp lưới Dầm bị ăn mịn, đối chứng nhóm Dầm bị ăn mòn, tăng cường lớp lưới Dầm bị ăn mòn, tăng cường lớp lưới 2.2 Cấu tạo mẫu thí nghiệm Trong nghiên cứu này,... hoại Kết thí nghiệm cho thấy, dầm bị ăn mòn mạnh, sức kháng cắt dầm tăng cường lớp lưới sợi tăng lên 42,5% 60,6% Từ khóa: bê tông cốt lưới dệt, tăng cường, cốt đai bị ăn mòn, cốt lưới dệt bon ... kháng cắt sức kháng nén Bài báo trình bày số kết nghiên cứu thực nghiệm để xác định ứng xử chịu cắt dầm bê tơng có cốt thép đai bị ăn mịn tăng cường bê tông cốt lưới dệt (TRC) Sức kháng cắt dầm