Nghiên cứu khả năng ứng dụng của vật liệu cốt sợi compostit tại công trình cầu,luận văn thạc sỹ xây dựng cầu hầm

LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LỜI CẢM ƠN Sau thời gian năm tham gia chương trình đào tạo sau đại học chuyên ngành Cầu – Hầm Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội, nhờ quan tâm Quý Thầy giáo Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sỹ,… Trường đại học Giao thông Vận tải nhiệt tình truyền đạt cho thân nhiều kiến thức chun mơn nghiệp vụ Cầu đường Để hồn thành luận văn nhận nhiều đóng góp ý kiến, cung cấp tài liệu tham khảo giúp đỡ nhiệt tình thầy cơ, bạn bè trường Đại học Giao thông vận tải Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn thầy, giáo Bộ môn Cầu - Hầm thuộc trường Đạo học Giao thông vận tải, giảng viên: PGS TS Nguyễn Ngọc Long, PGS.TS Trần Đức Nhiệm, GS.TS Nguyễn Viết Trung… tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Đặc biệt thời gian làm luận văn thạc sỹ kỹ thuật hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt thành giảng viên hướng dẫn TS.Nguyễn Thạc Quang.Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến q thầy giáo, người giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Do lĩnh vực nghiên cứu mới, kiến thức chuyên môn điều kiện nghiên cứu cịn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp Q thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện làm tư liệu hữu ích q trình cơng tác sau Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên: Phạm Văn Hậu Lớp Cao học Xây dựng Cầu – Hầm K20.1 THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CỐT SỢI COMPOSIT 1.1 Khái niệm chung lịch sử phát triển vật liệu cốt sợi Composit 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Lịch sử phát triển vật liệu cốt sợi Composit 1.2 Xu hướng sử dụng vật liệu cốt sợi Composit giới Việt Nam 1.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu cốt sợi Composit Việt Nam CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC THÀNH PHẦN CẤU TẠO, SẢN XUẤT VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU CỐT SỢI COMPOSIT 12 2.1 Các đặc trưng, cấu tạo vật liệu cốt sợi Composit 12 2.1.1 Các thành phần cốt vật liệu cốt sợi Composit 12 2.1.2 Vật liệu cốt sợi Composit 18 2.2 Phân loại vật liệu Composit 22 2.2.1 Phân loại theo hình dạng 22 2.2.2 Phân loại theo chất vật liệu 22 2.3 Đặc tính vật liệu cốt sợi Composit 22 2.3.1 Lý thuyết kết dính sợi 22 2.3.2 Sự định hướng cốt sợi 23 2.3.3 Tính chất học vật liệu cốt sợi Composit 24 2.4 Công nghệ chế tạo vật liệu Composite polyme 25 2.3.1 Gia công áp suất thường 25 2.3.2 Gia công áp suất 26 CHƯƠNG 3: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VẬT LIỆU CỐT SỢI COMPOSIT TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH CẦU 27 3.1 So sánh vật liệu cốt sợı Composıt với vật liệu xây dựng thông thường 27 THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI 3.1.1 Ưu điểm vật liệu cốt sợı Composıt với vật liệu xây dựng truyền thống 27 3.1.2 Nhược điểm vật liệu cốt sợı Composıt với vật liệu xây dựng truyền thống 27 3.2 Nghiên cứu phương án sử dụng liệu cốt sợı Composıt cơng trình Việt Nam 35 3.2.1 Sử dụng Composit FRP thay thép việc chế tạo cọc đóng, dầm bản, móng cơng trình số cấu kiện bê tơng khác môi trường kiềm hay axit 35 3.2.2 Sử dụng cốt sợi Composit làm bê tông cốt sợi lõi Composıt không dẫn nhiệt kết nối tường nhiều lớp 64 3.2.3 Sử dụng cốt sợi Composıt FRP việc thi công làm đường bê tông nhựa Asphan 66 3.2.4 Sử dụng vật liệu Composıt tăng cường gia cố sữa chữa cơng trình Cầu 68 CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG NEO CỐT SỢI COMPOSIT TRONG TƯỜNG CHẮN CĨ CỐT Ở CÁC CƠNG TRÌNH CẦU HẦM 81 4.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng neo Composit giới Việt Nam 81 4.2 Giới thiệu tổng quan tường chắn có cốt dùng lưới neo Composit 81 4.3 Ứng dụng lưới neo Composit cho đoạn tường chắn có cốt – Cơng trình đường Mỹ Phước – Tân Vạn 82 4.3.1 Giới thiệu chung cơng trình 82 4.3.2 Ứng dụng lưới neo Composit làm hệ thống tường chắn có cốt cơng trình đường Mỹ Phước – Tân Vạn 83 4.4 Phân tích so sánh phương án 92 4.3.1 So sánh phương án tường chắn có cốt mạ kẽm với phương án thay Cốt Composit LSK kiểu VSL 92 4.3.2 So sánh phương án tường chắn neo lưới địa kỹ thuật Polyme chiều phương án neo Cốt Composit LSK 94 THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 KẾT LUẬN 97 KIẾN NGHỊ 99 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC PHỤ LỤC : BẢNG TÍNH TƯỜNG CHẮN CĨ CỐT ĐẠI DIỆN CỦA CƠNG TRÌNH PHỤ LỤC 2: HỒ SƠ KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG MỸ PHƯỚC TÂN VẠN CỦA CÔNG TY CP TV XD ĐỒNG TIẾN PHỤ LỤC 3: TÍNH TỐN SO SÁNH LỢI ÍCH VỀ KINH TẾ KHI SỬ DỤNG THANH CỐT SỢI COMPOSIT FRP THAY THẾ THANH THÉP CỦA CÔNG TY LSK LTD PHỤ LỤC 4: ĐỀ XUẤT KỸ THUẬT VÀ TÀI CHÍNH CƠNG TRÌNH CẦU TRẦN THỊ LÝ – NGUYỄN VĂN TRỖI – QUẬN HẢI CHÂU – TP ĐÀ NẴNG THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Thị phần toàn cầu vật liệu composite 2001 Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật số loại sợi 18 Bảng 2.2: Bảng thông số kỹ thuật loại chất dẻo 21 Bảng 3.1: Bảng so sánh đặc tính vật liệu Composit với vật liệu khác 27 Bảng 3.2: Bảng thơng số hình học FRP 37 Bảng 3.3 : Bảng khối lượng riêng thép FRP 37 Bảng 3.4 : Bảng hệ số dãn nở nhiệt FRP 38 Bảng 3.5 : Bảng thể đặc trưng học thép FRP 38 Bảng 3.6 : Bảng hệ số suy giảm môi trường 39 Bảng 3.7 : Bảng cốt sợi thủy tinh phi kim loại – RFN 40 Bảng 3.8 : Bảng cốt sợi nhựa Bazan phi kim loại – RFB 40 Bảng 3.9 : Bảng cốt sợi nhựa Bazan phi kim loại mô đun cao– RFB HM 41 Bảng 3.10 : Bảng thay tương đương so sánh số tính chất học tính chất vật lý Thanh thép cốt sợi Composit 44 Bảng 3.11: Bảng xác định ρmin hàm lượng tối thiểu 47 Bảng 3.12: Bảng chiều cao tối thiểu dầm 53 Bảng 3.13: Bảng xác định giá trị hệ số ζ 56 Bảng 3.14: Bảng xác định bề rộng vết nứt cho phép 57 Bảng 3.15: Thông số kỹ thuật cốt sợi Composit dùng cho bê tông cốt sợi 64 Bảng 3.16: Thông số kỹ thuật lõi cốt sợi Composit kết nối tường nhiều lớp 65 Bảng 4.1: Bảng thống kê khối lượng cốt Composit bê tông lắp ghép hình lục giác tường chắn có cốt kiểu VSL 92 Bảng 4.2: Bảng thống kê khối lượng thép mạ kẽm bê tông lắp ghép hình lục giác tường chắn có cốt VSL dùng dự án 92 Bảng 4.3: Bảng so sánh khối lượng giá thành phương án lưới thép mạ kẽm với lưới cốt composit cho đơn vị 93 THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cầu hành qua đường cao tốc Poznan-Kornik BaLan Hình 1.2: Cầu hành ApATeCh Moscow Nga Hình 1.3: Cầu hành Aberfeldy Scotland Hình 1.4: Triển lãm sản phẩm cốt sợi Composit công ty LSK 10 Hình 2.1: Sợi thủy tinh 13 Hình 2.2: Sợi bazan 15 Hình 2.3: Các đường biểu diễn quan hệ s-e cốt sợi 18 Hình 2.4: Sự định hướng sợi 23 Hình 2.5: Phương pháp handlay up 25 Hình 2.6: Phương pháp cuộn sợi 25 Hình 2.7: Phương pháp đúc ép nóng 26 Hình 2.8: Phương pháp đùn kéo 26 Hình 3.1: Biểu đồ so sánh cường độ chịu kéo 28 Hình 3.2: Biểu đồ so sánh mô đun đàn hồi 28 Hình 3.3: Cầu vượt đường cao tốc Severnaya Moscow 29 Hình 3.4: Hai cơng trình kênh nước cơng ty ApATeCh thiết kế xây dựng thời điểm 29 Hình 3.5: Lắp đặt cầu hành Garden Ring Moscow 30 Hình 3.6: Cầu Lleida Tây Ban Nha bắt qua đường tuyến đường sắt 31 Hình 3.7: Cầu đường cao tốc Poznan-Kornik Ba Lan 32 Hình 3.8: Cơng trình cầu Bắc Mỹ bị xuống cấp cốt thép bị oxi hóa 33 Hình 3.9: Thanh FRP điển hình có gân 36 Hình 3.10: Thanh FRP điển hình dạng lưới cuộn trịn 36 Hình 3.11: Các thơng số kỹ thuật có ghi FRP 39 Hình 3.12: Kiểm định cường độ kéo FRP 41 THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Hình 3.13: Phân bố ứng suất – Biến dạng, trường hợp phá hoại đồng thời 48 Hình 3.14: Phân bố ứng suất – Biến dạng , trường hợp phá hoại vùng chịu nén trước 48 Hình 3.15: Phân bố ứng suất – Biến dạng , trường hợp phá hoại vùng chịu kéo trước 49 Hình 3.16: Cốt đai minh họa 52 Hình 3.17: Phân bố ứng suất biến dạng tiết diện ngang tác dụng tải trọng tiêu chuẩn 53 Hình 3.18: Hình vẽ ký hiệu đại lượng 55 Hình 3.19: Cấu tạo cọc cốt Composit thông thường 60 Hình 3.20: Thi cơng chế tạo cọc cốt Composit thơng thường 60 Hình 3.21: Thi công chế tạo cọc cốt Composit dự ứng lực 60 Hình 3.22: Thi cơng chế tạo dầm bản, vách ngăn cốt Composit 61 Hình 3.23: Thi cơng Cơng trình bể sinh thái Q7 Tp Hồ Chí Minh 61 Hình 3.24: Thi cơng đà kiềng sàn cốt Composit Cơng trình nhà xưởng TP Bà Rịa tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu 62 Hình 3.25: Thi cơng móng cốt Composit cơng trình nhà máy Nga 62 Hình 3.26: Thi cơng đúc nắp đan giếng thu nước cốt Composit cơng trình nhà máy Nga 62 Hình 3.27: Thi cơng sửa chữa tăng cường móng cầu bê tơng cốt Composit Nga 63 Hình 3.28: Cấu tạo cốt sợi Composit dùng cho bê tông cốt sợi 64 Hình 3.29: Cấu tạo lõi cốt sợi Composit kết nối tường nhiều lớp 65 Hình 3.30: Cấu tạo mặt đường dùng cốt sợi Composit 66 Hình 3.31: Thi cơng mặt đường bê tông nhưa Asphan dùng cốt sợi Composit Nga 67 Hình 3.32: Một số ứng dụng dán FRP gia cường 68 THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình 3.33: Sơ đồ mặt cắt dầm bê tông cốt thép gia cố FRP theo ACI 318-95 73 Hình 4.1: Thi cơng tường chắn có cốt cơng trình đường Mỹ Phước Tân Vạn – tỉnh Bình Dương 83 Hình 4.2: Cấu tạo chung tường có cốt dùng block bê tơng lắp ghép lưới địa kỹ thuật Polyme chiều 85 Hình 4.3: Cấu tạo chi tiết Block bê tơng tường chắn Tensar 85 Hình 4.4: Một số hình ảnh thi cơng tường chắn Tensar 85 Hình 4.5: Cắt ngang điển hình tường chắn có cốt dùng lưới địa kỹ thuật polyme chiều 86 Hình 4.6: Một số hình ảnh thi công tường chắn kiểu VSL 88 Hình 4.7: Cấu tạo chi tiết bê tơng cốt Composit lục giác đúc sẵng 90 THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày điều kiện khoa học kỹ thuật phát triển, sản xuất ngày nâng cao trình độ để tạo loại vật liệu nhằm phục vụ tốt cho sản xuất, kỹ thuật xây dựng, … nhằm phục vụ nhu cầu người, Composite loại vật liệu với nhiều đặc tính vượt trội đáp ứng Vật liệu cốt sợi Composite vật liệu kỹ thuật tiên tiến với kết hợp sợi có độ bền độ cứng cao ( sợi thủy tinh, carbon, aramid…) với polyme có trọng lượng nhẹ, khả chống lại tác động xấu từ môi trường, cung cấp khả để giảm bớt vấn đề liên quan đến suy giảm chất lượng xây dựng toàn giới ăn mịn cốt thép, với chi phí lao động thấp, tiêu thụ lượng thấp giảm ô nhiễm môi trường Việt Nam năm 2013 vật liệu bắt đầu đưa vào sản xuất sử dụng thí điểm số cơng trình xây dựng đặc tính ưu việt Vật liệu tiếp tục trình phát triển dần thay loại vật liệu truyền thống từ gạch, đá, gỗ, kim loại, bêtông cốt thép thực lôi nhiều nhà khoa học, kiến trúc sư, kỹ sư kết cấu, kỹ sư thi công nhà sản xuất vật liệu vào guồng máy, nhằm nghiên cứu phát triển ứng dụng loại vật liệu mới, với công nghệ ngành xây dựng cơng trình Tính cấp thiết đề tài Xong việc phổ biến sử dụng loại vật liệu Composit mẻ với ngành xây dựng nước ta, tiêu chuẩn thiết kế, quy trình quy phạm hỗ trợ nghiệm thu sản phẩm thi công vật liệu cốt sợi Composit cho kết cấu bê tông cốt thép bắt đầu nghiên cứu, chủ yếu tham khảo Tiêu chuẩn ACI 440.1R-06 phiên 2006 ACI ( THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hiệp Hội bê tơng Mỹ ) Hiệp hội Cầu đường Canada, Anh, Pháp, Tây Ban Nha, Ý, Trung Quốc xuất Do để bắt kịp với xu hướng phát triển ngành xây dựng giới, việc ứng dụng phổ biến loại vật liệu với nhiều đặc tính ưu việc vật liệu cốt sợi Composit vào xây dựng cầu hầm, việc nghiên cứu loại vật liệu nước ta cấp thiết Đối tượng mục tiêu nghiên cứu đề tài Luận án “Nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu cốt sợi composit công trình cầu” hình thành xuất phát từ yêu cầu thực tế tiến khoa học giới Việt Nam Mục đích công tác nghiên cứu để tiếp cận công nghệ chế tạo ứng dụng vật liệu cốt sợi composit, bước nghiên cứu vật liệu thay thép, cấu kiện thép hình khác số cấu kiện đặc biệt khác có sử dụng Cốt sợi Composit nhằm dáp ứng cải thiện đặc tính yêu cầu vật liệu ngành xây dựng dân dụng cơng nghiệp nói chung, ngành xây dựng cầu hầm nói riêng Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Về mặt khoa học đề tài nghiên cứu cách tổng quan đặc tính ứng dụng vật liệu cốt sợi Composit giới Việt Nam nay, dẫn chứng cơng trình sử dụng vật liệu này, chứng minh đặc tính ưu việt khả ứng dụng thực tiễn, xu hướng phát triển vật liệu cốt sợi Composit ngành xây dựng nói chung ngành Cầu hầm nói riêng Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đặc tính vật liệu cốt sợi Composit Việc sử dụng cốt sợi Composit thay thép kết cấu bê tơng tính tốn kết cấu bê tơng cốt sợi Composit theo ACI 440.1R – 06 THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 87 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI 4.3.2.2 Hệ thống neo lưới Composit thay lưới thép mạ kẽm kiểu VSL ( Phương án 2) Loại tường chắn kiểu VSL áp dụng Việt Nam, đường đầu cầu vượt Ngã Tư Vọng (Hà Nội), cầu Phối Mới (Lào Cai), khu Sóng Thần (Hồ Chí Minh) Hiện vấn đề ăn mịn cốt thép xảy lưới thép VSL dự án việc sửa chữa vơ khó khăn, lâu dài độ an tồn tin cậy cơng trình giảm Một giải pháp để giải vấn đề ứng dụng cốt sợi Composit để thay toàn lưới thép mạ kẽm VSL Các bê tông cốt thép lắp ghép kích thước lớn (100x120)Cm thay bê tông cốt Composit lắp ghép nhỏ hình lục giác kích thước cạnh 60cm để việc thi cơng dể dàng cho cơng trình có tính mỹ quan cao hơn, đảm bảo liên kết chắn Sử dụng nguyên tắc thay tương đương cường độ kéo thép Composit nêu bảng 3.10 bảng thay tương đương Composit thép LSK chương Thanh composit có nhược điểm so với thép chịu uốn Do chi tiết móc neo chế tạo sẵn nhà máy, chi tiết nối cốt Composit thực CốtLơ ren xoắn kết hợp với keo dán Epoxy Bố trí cấu tạo tường sau: + Chiều cao tường từ 3-8m, Đất đắp sau tường cấp phối đồi đầm chặt K98 THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 88 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI + Lưới neo cấu tạo cốt Composit đường kính từ 8mm (RNF8) , Chiều dài L=6m, đặt cách 15cm liên kết lại với cốt Composit đường kính 8mm (RNF8), cách khoảng 15cm, buộc lại sợi Composit dẻo + Lưới neo Composit bố trí cách khoảng theo phương đứng 50cm/lưới, theo phương ngang 100cm/lưới + Lưới neo Composit liên kết với vỏ tường chốt cốt Composit đường kính 20mm (RNF20) + Vỏ tường khối bêtơng cốt Composit 30Mpa đúc sẵn, hình dáng lục giác cạnh 60cm Với vỏ tường loại kích thước nhỏ gọn bê tơng chữ nhật kích thước (100x120)cm, việc thi công cẩu lắp đơn giản hơn, mặt thẩm mỹ lục giác tạo kiến trúc đẹp hơn, mặt liên kết lại với tốt liên kết cạnh + Móng tường: Trải lớp Geocell dày 10cm, lấp đầy cấp phối đá dăm loại 2, Dmax25, đầm chặt K98 + Đỉnh tường bêtông cốt Composit 25Mpa, có cấu tạo dạng mũ chụp vừa liên kết với lan can lan can thép đỉnh + Lưng tường bố trí tầng lọc lớp đá dăm 4x6 dày 30cm, đáy đặt 1ống PVC có đục lỗ thể thu nước dọc Hình 4.6: Một số hình ảnh thi cơng tường chắn kiểu VSL THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 89 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Bảng 3.10: Bảng thay tương đương so sánh số tính chất học tính chất vật lý Thanh thép cốt sợi Composit Đường kính ngồi thiêt kế, (mm) 6,75 28,3 222 10 047 RNF-4 7,76 26 7060 C III 9,0 50,3 395 17 857 RNF -6 19,62 40 19 620 10 C III 11,3 78,5 617 27 868 RNF -8 33,16 72 33 160 12 C III 13,5 113,1 888 40 151 RNF -10 56,71 110 56 710 14 C III 15,5 154,0 1210 54 670 RNF -12 86,54 184 86 540 16 C III 18,0 201,0 1580 71 355 RNF -14 122,65 242 122 650 18 C III 20,0 254,0 2000 90 170 RNF -16 165,04 320 165 040 20 C III 22,0 314,0 2470 111 470 RNF -18 188,59 430 188 590 22 C III 24,0 380,0 2980 134 900 RNF -20 240,40 530 240 400 25 C III 27,0 491,0 3850 174 305 RNF -22 329,89 662 329 890 28 C III 30,5 616,0 4830 218 680 RNF -24 397,40 820 397 400 32 C III 34,5 804,0 6310 285 420 RNF -26 471,19 946 471 900 36 C III 39,5 1018,0 7990 361 390 RNF -28 510,44 1073 510 440 40 C III 43,5 1257,0 9870 446 235 RNF -30 637,61 1217 637 610 Tải trọng kéo ( N*) Tải trọng kéo ( N*) C III Diện tích mặt cắt ngang (mm²) Trọng lượng (g/m) Đường kính thực (mm) Diện tích mặt cắt ngang (mm²) Trọng lượng (g/m) Thanh cốt nhựa sợi thủy tinh phi kim loại «DACOT» (RNF) Sản xuất công ty LSK CO LTD Theo tiêu chuẩn sở TCCS 01: 2013 / LSK Độ bền kéo = 1250 N/mm2 Độ bền tính tốn = 1000 N/mm² Mơđun đàn hồi = 50 000 N/mm² Đường kính ngồi thiêt kế (mm) Thép C III theo tiêu chuẩn TCVN 16511985 Độ bền kéo = 590 N/mm² Giới hạn chảy = 390 N/mm² Độ bền tính tốn = 355 N/mm² Mơđun đàn hồi = 200 000 N/mm² - Dung sai tải trọng kéo ± 8% THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 90 ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình 4.7: Cấu tạo chi tiết bê tông cốt Composit lục giác đúc sẵng THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 91 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Hình 4.8: Cắt ngang điển hình tường chắn có cốt dùng lưới cốt Composit ( thay lưới thép mạ kẽm) THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 92 ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI 4.4 Phân tích so sánh phương án 4.4.1 So sánh phương án tường chắn có cốt mạ kẽm với phương án thay Cốt Composit LSK kiểu VSL Bảng 4.1: Bảng thống kê khối lượng cốt Composit bê tông lắp ghép hình lục giác tường chắn có cốt kiểu VSL ( Bóc khối lượng từ phương án 2) Bảng 4.2: Bảng thống kê khối lượng thép mạ kẽm bê tơng lắp ghép hình lục giác tường chắn có cốt VSL dùng dự án ( lấy đề xuất kỹ thuật tài cơng trình Cầu Trần Thị Lý Nguyễn Văn Trỗi) THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 93 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Xét phương án kích thước thiết kế bê tông lắp ghép: Phương án thay thép mạ kẽm cốt Composit sử dụng tiêu chuẩn thay tương đương LSK bảng 3.10 (Chương 3) Bảng 4.3 Bảng so sánh khối lượng giá thành phương án lưới thép mạ kẽm với lưới cốt composit cho đơn vị Các tiêu cốt gia cố (tính cho Phương án thay lưới cốt Composit bê tông Φ8: 910x6+500x2+720x2+ Cốt cấu tạo bê tông( mm) kẽm VSL (Phương án 2) lắp ghép) Tổng chiều dài Phương án lưới cốt thép mạ 520x2 =8.940 Φ 10: 863x8 =6.904 Φ 20: 250x2 = 500 Φ 10: 910x6+500x2+720x2 + 520x2+863x8 = 15.628 Φ 20: 250x2 = 500 Tổng chiều dài Φ 8: 2x4x6000+2x20x500 Φ 10: 2x4x6000+2x20x500 cốt neo vào đất = 68.000 = 68.000 Φ 20: 2x500 =1.000 Φ 20: 2x500 = 1.000 (8.940+68.000)x0,072+ (15.628+68.000)x0,617 6.904x0,11+ (1.000+500)x0,53 + (1.00+500)x2,46 =7,094 (Kg) =55,288 (Kg) ( mm) Khối lượng Cốt (Kg) ](8.940+68.000)x0,072+ Giá thành (VNĐ) 6.904x0,11] x60.000 đ+ 55,288x16.000 đ (1.000+500)x0,53]x58.000 đ = 885.000 đ = 425.000 đ Nhận xét Khối lượng cốt nhẹ tới Khối lượng nặng hơn, 7,79lần, Giá thành rẻ 52% Giá thành cao + Đơn giá tính Cốt sợi Composit theo báo giá 4/2014 Công ty CP cốt sợi Polyme Việt Nam sản phẩm LSK: THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 94 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Φ12: 58.000đ/1Kg + Đơn giá tính thép mạ kẽm lấy theo đơn giá sở XD TP.HCM tháng 1/2014 thép Pomina có điều chỉnh mạ kẽm: 16.000.000đ/ 1Tấn Với phương án thay thép mạ kẽm VSL cốt Composit cho nhiều ưu điểm: vấn đề ăn mòn cốt thép giải xét giá thành tổng thể cơng trình giảm nhiều, chọn kết cấu Composit khối lượng kết cấu giảm bớt tĩnh tãi thiết kế giảm đáng kể Cả phương án thích hợp với việc chọn bê tông ghép khối lớn, thi cơng nhanh hơn, địi hỏi máy móc cẩu lắp suốt q trình thi cơng Thi thay bê tơng cốt thép kích thước lớn (100x120) Cm bê tông cốt Composit lắp ghép nhỏ hình lục giác kích thước cạnh 60cm việc thi công cẩu lắp dể dàng lục giác cho cơng trình có tính thẩm mỹ cao hơn, đặc biệt cơng trình thành phố 4.4.2 So sánh phương án tường chắn neo lưới địa kỹ thuật Polyme chiều phương án neo Cốt Composit LSK Hai phương án dùng vật liệu Composit: dạng lưới địa kỹ thuật Polyme chiều, dạng dùng lưới Composit gồm Composit Φ8 liên kết với tạo thành lưới Xét cấu tạo phương án dùng lưới địa kỹ thuật chọn dạng bê tơng tường liên kết: Block bê tông 25Mpa ( 40x24x15)cm bê tơng khối lớn lắp ghép hình chữ nhật hay hình lục giác Phương án dùng lưới Composit thích hợp với bê tơng lắp ghép khối lớn, yêu cầu liên kết bê tông với lưới cốt Composit THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 95 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Do xét cấu tạo chọn loại bê tông khối lớn so sánh Thực tế xét giá thành 1m2 vải địa kỹ thuật Polyme có giá 91.000đ – 107.000đ (theo đơn giá khảo sát Đề xuất kỹ thuật tài Cầu Trần Thị Lý Nguyễn Văn Trỗi) Còn m2 lưới Composit Φ8 (cốt dọc cách 15cm, cốt ngang cách 30cm) 10mx0,072x60.000đ = 43.000đ ( theo báo giá 4/2014 Công ty CP cốt sợi Polyme Việt Nam sản phẩm LSK) Do phương án dùng cốt Composit rẻ vật liệu cốt gia cố Theo u cầu cơng trình chọn loại lưới Composit gia cố khác cho phù hợp với loại bê tông lắp ghép Mỗi phướng án có ưu điểm nhược điểm Xong phương án dùng lưới địa kỹ thuật polyme chiều kết hợp với Block bê tơng có nhiều ưu điểm sau: + Các khối block sản xuất công xưởng bê tông chất lượng cao, màu sắc kích thước nhẹ ( 30kg) đa dạng phù hợp yêu cầu kiến trúc + Thi công đơn giản, không cần cần cẩu hệ thống đà giáo tốn kém, khơng địi hỏi tay nghề cao Có thể dễ dàng chuyển hướng đường cong đoạn có cao độ thay đổi Liên kết dễ dàng với cốt gia cố đất, có liên kết block với lưới T-clip + Thi công nhanh, chịu lún cục bộ, khả chịu động đất cao Tiết kiệm không gian thi công khai thác sau hồn thành Có thể tái sử dụng lại khối bê tơng phải di chuyển cơng trình Áp lực đất nhỏ, tránh việc xử lý móng tốn kinh phí thời gian thi cơng + Hơn theo tính tốn đề xuất kỹ thuật tài Cầu Trần Thị Lý Nguyễn Văn Trỗi giá thành phương án rẻ nhiều so với phương án dùng lưới thép mạ kẽm VSL THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 96 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Với phân tích cho thấy tường chắn đất thay lưới cốt Composit có nhiều ưu điểm, đặc biệt rẻ nhiều so với phương án dùng lưới thép mạ kẽm truyền thống VSL Với yêu cầu chọn bê tông khối lớn lắp ghép nên chọn cốt lưới Composit, bê tông khối lớn nên chọn khối hình lục giác cạnh 60cm, thi cơng đơn giản (100x120)cm, cho cơng trình mỹ quan cao Với yêu cầu kỹ thuật Block bê tơng lắp ghép chọn lưới địa kỹ thuật chiều Tensar phương án có nhiều ưu điểm thuận lợi thi công xét yêu cầu kỹ thuật, giá thành đảm bảo Với điều kiện địa nước ta việc sử dụng kết cấu neo Composit để thi công ổn định mái taluy chống sạt lở đất đá công trình đào đường khu vực miền núi trung du hợp lý, vùng đồng neo Composit thích hợp kết hợp với hệ thống tường chắn thi công đắp đất cao hay đào đất sâu cơng trình hầm Do việc đưa neo Composit vào việc sử dụng để thi công chống gıữ đất đá cơng trình xây dựng nói chung cơng trình cầu hầm nói riêng khả quan ưu điểm trội vật liệu xu hướng vật liệu thân thiện với môi trường giới THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 97 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau nghiên cứu vật liệu cốt sợi Composit ứng dụng cụ thể hiệu vật liệu xây dựng, đưa số kết luận sau: Vật liệu cốt sợi composit có đặc tính vượt trội so với vật liệu thép như: Cường độ chịu kéo tốt gấp lần thép, trọng lượng nhẹ thép gấp lần, khả chống ăn mòn cao, chịu mỏi tốt, khơng từ tính, khơng dẫn điện, dẫn nhiệt, dể gia công cưa cắt, hệ số giãn nở nhiệt tương đương bê tơng Do hồn tồn dùng thay cốt thép bê tông Vật liệu cốt sợi Composit thích hợp với cơng trình xây dựng mơi trường ngập mặn, thích hợp dùng chế tạo loại cọc bê tơng cốt Composit, móng cơng trình cầu hay bờ kè gia cố ven biển nên dùng bê tông cốt Composit Về mặt tính tốn chịu lực thiết kế sử dụng tiêu chuẩn ACI.1R-06 phiên 2006 để tính tốn cho dầm bê tơng hay cấu kiện khác sử dụng cốt Composit Đối với thiết kế bê tơng cốt thép có sẵn sử dụng hướng dẫn thay tương đương cốt Composit thép công ty LSK.Ltd ( Bảng 3.10 trang 44) Trong cơng trình tường chắn có cốt đường đầu cầu nay, phương án dùng lưới Composit có sẵn thị trường dạng polyme địa kỹ thuật chiều phù hợp thi công đơn giản với Block bê tông nhẹ dể dàng lắp ghép Phương án sử dụng cốt Composit thay thép mạ kẽm giải vấn đề ăn mòn cốt thép Về tính tốn loại tường chắn loại sử dụng tiêu chuẩn 22TCN272-05 Về nguyên lý bố trí neo lưới Composit kết cấu tường chắn có cốt giống ngun lý bố trí neo thép mạ kẽm VSL, tham khảo dự án xây dựng Với bê tơng lắp ghép hình lục giác cạnh 60cm cho công THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 98 ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI trình có tính thẩm mỹ hơn, có khối lượng nhẹ việc phân bố lưới neo phạm vi tường chắn so với lắp ghép hình chữ nhật cạnh (100x120)cm kích thước nặng Việc lựa chọn phương án tường chắn có cốt khối bê tơng lắp ghép lớn hay block bê tơng kích thước nhỏ tùy thuộc yêu cầu cấu tạo kết cấu hay tính thẩm mỹ cơng trình u cầu Chủ đầu tư Xong không nên dùng cốt thép mạ kẽm VSL cơng trình trước mà thay cốt Composit Do cơng trình tường chắn đường Mỹ Phước – Tân Vạn nên dùng Block bê tông lắp ghép nhẹ để tiện thi cơng hay dùng lưới cốt Composit vào cơng trình để giảm giá thành xây dựng tăng tính thẩm mỹ cho cơng trình Vì thay thép mạ kẽm neo cốt Composit giá thành rẻ thời gian khai thác cơng trình tốt hơn, tính giá thành 1Kg vật liệu giá cốt Composit cao thép, tính đơn vị mét dài giá thành lại rẻ cốt thép nhiều, cốt Composit có khối lượng riêng nhẹ thép nhiều cường độ chịu kéo lại tốt ( Bảng so sánh phương án 4.3 trang 93) Hơn nữacơng trình lựa chọn cốt Composit tĩnh tãi giảm nhiều dẫn đến thiết kế cho kiến trúc mảnh tiết kiệm vật liệu Tóm lại vật liệu cốt sợi Composit vật liệu tiên tiến với nhiều tính ưu việc thân thiện với mơi trường, có nhiều ứng dụng mang lại hiệu kinh tế, hạ giá thành công trình Do vật liệu cốt sợi Composit dần thay thép Xong vật liệu mẻ với chúng ta, vật liệu thử nghiệm năm gần đây, xét đơn vị nghiên cứu vật liệu hạn chế chưa có quy trình thi cơng nghiệm thu cụ thể cho vật liệu Vật liệu cốt sợi Composit có số nhược điểm mà nhà nghiên cứu tìm cách khắc phục như: tuổi thọ THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 99 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI vật liệu Composit khoảng 70 năm, tuổi thọ giảm tác động ánh sáng mặt trời, vật liệu chịu nhiệt khoảng 80°C , thiếu tính dẻo Do việc ứng dụng vật liệu cần nghiên cứu sâu thử nghiệm hạng mục cơng trình cụ thể để từ quan chức ban hành quy trình xây dựng để phổ biến sử dụng loại vật liệu với nhiều tính ưu việc KIẾN NGHỊ Trong hạng mục tường chắn có cốt cơng trình xây dựng cần thay lưới thép mạ kẽm lưới cốt Composit hay lưới địa kỹ thuật polyme Nên sử dụng cốt Composit làm cốt chịu lực kéo kết cấu bê tơng cơng trình bờ kè ven biển cấu kiện bê tông khác môi trường ngập mặn hay ngập đất Các quan chức cần nghiên cứu đưa tiêu tiêu chuẩn ACI.1R06 phiên 2006 vào để tính tốn cho dầm bê tông hay cấu kiện khác sử dụng cốt Composit Vật liệu Cốt sợi Composit cần nghiên cứu thực tế nguồn tài nguyên sản xuất vật liệu nước ta dồi dào, quan chức cần ban hành tiêu chuẩn thi cơng nghiệm thu cơng trình có sử dụng vật liệu này, để tương lai phổ biến đưa vào sử dụng loại vật liệu với đặc tính vượt trội mang lại hiệu kinh tế cao Định hướng nghiên cứu tiếp theo: Với định hướng vật liệu cốt sợi Composit loại vật liệu tiên tiến dần thay vật liệu truyền thống khác thép, gỗ Trong thời gian tới, để khẳng định điều hướng nghiên cứu trực tiếp ứng dụng thực tế vật liệu vào số hạng mục cơng trình vùng ngập mặn khu vực Miền Tây Đông Nam Bộ theo dõi ứng xử chịu lực độ bền loại vật liệu THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 100 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ Giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 - 05, Nhà xuất Bộ giao thông vận tải, Hà Nội [2] Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Đồng Tiến (2010), Hồ sơ thiết kế kỹ thuật cơng trình đường Mỹ Phước – Tân Vạn [3] Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư Xây dựng ECC (2012), Đề xuất kỹ thuật tài cơng trình cầu Trần Thị Lý – Nguyễn Văn Trỗi, hạng mục: Tường chắn đầu cầu phía Tây [4] Phạm Duy Hữu (2012), Bài giảng vật liệu xây dựng mới, Nhà Xuất Giao thông Vận tải Hà Nội [5] Nguyễn Ngọc Long (2004), Vật liệu công nghệ sửa chữa tăng cường cầu, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [6] Trần Đức Nhiệm (2004), Tài liệu bồi dưỡng chuyên môn sửa chữa tăng cường cầu, Nhà xuát giao thông vận tải, Hà Nội [7] Nguyễn Mạnh Khải (2012), Nghiên cứu vật liệu Polyme-clay Nanocomposit để chế tạo cốt neo chống giữ công trình ngầm, Luận án tiến sỹ, Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội [8] Phan Công Phương (2012), Thiết kế tường chắn đất có cốt theo 22TCN272-05, Tạp chí KH&CN, số 3-2012 [9] Nguyễn Hùng Sơn (2007), Báo cáo Bố trí hợp lý neo cho tường chắn có neo, Trường ĐH Xây dựng, Hà Nội [10] Nguyễn Hồng Sơn (2013), Thiết kế dầm bê tông sử dụng chất dẻo cốt sợi FRP dạng thanh, Tạp chí xây dựng số 06-2013 [11] Đỗ Đức Thắng (2012), Báo cáo nghiên cứu Thanh Polyme cốt sợi THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 101 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI thay cốt thép kết cấu bê tông cốt thép, công ty Nucetech [12] Võ Minh Thế (2008), Nghiên cứu khoảng cách bố trí hợp lý neo đất cho hệ thống tường chắn, Luận văn thạc sỹ, Trường ĐH Bách Khoa, Hồ Chí Minh [13] Nguyễn Trâm (2012), Giáo trình kết cấu Composit, NXB Xây dựng Hà Nội [14] Nguyễn Trâm (2012), Composit – Vật liệu xây dựng kỷ XXI, Kỷ yếu hội nghị khoa học [15] Ngô Quang Tường (2007), Báo cáo Sửa chữa gia cố cơng trình bê tơng cốt thép phương pháp dán nhờ sử dụng vật liệu FRP, Tạp chí phát triển KH&CN, tập 10, số 10-2007 Tiếng Anh [16] ACI 440.1R-06 (2006), Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars, Reported by ACI Committee 440 [17] Autor Pawel Bernard Potyrala and Tutor Joan Ramon Casas Rius ( 2011), Use of Fibre Reinforced Polymer Composites in Bridge Construction State of the Art in Hybrid and All-Composit structures, Canals I Ports de Barcelona [18] Seracino R (2005), FRP Composites in Civil Engineering-CICE 2004, Taylor & Francí Group plc, London, UK [19] Lawrence C Bank (2006), Composites for Construction (Structural with FRP Materials), John Wiley & Sons, Inc., Hoboken New Jersey [20] Tài liệu trang Web: www.lsk.com.vn, www.weldgrip.com, www.ketcau.com, www.vn.vsl.com, www.tensar.com.vn THỰC HIỆN: PHẠM VĂN HẬU LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1