BÊ TÔNG cốt sợi, yêu cầu kỷ THUẬT ỨNG DỤNG của bê TÔNG cốt sợi TRONG xây DỰNG

BÊ TÔNG cốt sợi, yêu cầu kỷ THUẬT ỨNG DỤNG của bê TÔNG cốt sợi TRONG xây DỰNG BÊ TÔNG cốt sợi, yêu cầu kỷ THUẬT ỨNG DỤNG của bê TÔNG cốt sợi TRONG xây DỰNG BÊ TÔNG cốt sợi, yêu cầu kỷ THUẬT ỨNG DỤNG của bê TÔNG cốt sợi TRONG xây DỰNG BÊ TÔNG cốt sợi, yêu cầu kỷ THUẬT ỨNG DỤNG của bê TÔNG cốt sợi TRONG xây DỰNG BÊ TÔNG cốt sợi, yêu cầu kỷ THUẬT ỨNG DỤNG của bê TÔNG cốt sợi TRONG xây DỰNG BÊ TÔNG cốt sợi, yêu cầu kỷ THUẬT ỨNG DỤNG của bê TÔNG cốt sợi TRONG xây DỰNG BÊ TÔNG cốt sợi, yêu cầu kỷ THUẬT ỨNG DỤNG của bê TÔNG cốt sợi TRONG xây DỰNG V

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

MỤC LỤC

A Khái niệm-phân loại bê tông cốt sợi

I Bê tông cốt sợi là gì

1 Lịch sử ra đời

2 Khái niệm bê tông cốt sợi

II Phân loại bê tông cốt sợi

1 Phân loại theo thành phần sợi

2 Phân loại theo cường độ bê tông xi măng

B.Thành phần-tính chất-yêu cầu kỷ thuật của bê tông cốt sợi

I Tính chất cơ học của bê tông cốt sợi

II Thành phần bê tông cốt sợi

1 Vật liệu chế tạo

2 Thiết kế hổn hợp bê tông cốt sợi thép

III Yêu cầu kỷ thuật của bê tông cốt sợi

1 Nguyên tắc cấu tạo bê tông cốt sợi

2 Mô hình làm việc của sợi

3 Tỷ lệ hổn hợp- công thức thành phần

4 Mô đun đàn hồi của bê tông

5 Độ vỏng- độ bền dai

C.Ứng dụng của bê tông cốt sợi

D Tài liệu tham khảo

2

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU:

BÊ TÔNG CỐT SỢI-YÊU CẦU KỶ THUẬT-ỨNG

DỤNG CỦA BÊ TÔNG CỐT SỢI

A KHÁI NIỆM-PHÂN LOẠI

I BÊ TÔNG CỐT SỢI ( BTCS) LÀ GÌ

và bê tông siêu cường độ cốt sợi thép

 Tại Việt Nam vấn đề bê tông cốt sợi và bê tông cốt sợi thép đã bướcđầu được quan tâm nghiên cứu và công bố tại ĐH GTVT, ĐH XD,viện KHCNXD, viện KHCN GTVT

2 Khái niệm bê tông cốt sợi

Bê tông cốt sợi là loại bê tông tươi đặc biệt được chế tạo từ hỗnhợp xi măng, cốt liệu, nước, phụ gia và sợi gia cường riêng rẽ Sợi phân tánngẫu nhiên hoặc sợi liên tục, phân bố theo một hoặc hai phương được đưavào trong bê tông nhằm cải thiện và tăng cường các tính chất cho bê tông,phù hợp sử dụng cho các công trình có yêu cầu cao về khả năng chịu kéo,chịu uốn, chịu va đập, dẻo dai và ít co ngót của bê tông tươi

II PHÂN LOẠI BÊ TÔNG CỐT SỢI

1 Phân loại theo thành phần sợi

Bê tông cốt sợi (0,25-2,5%)

Bê tông nhiều cốt sợi (10-25%)

Theo chất kết dính (pha nền):

Bê tông xi măng cốt sợi

Bê tông polyme cốt sợi (Epoxy)

B.THÀNH PHẦN- TÍNH CHẤT- YÊU CẦU KỶ THUẬT CỦA BÊ

 Hàm lượng sợi theo thể tích Vf

 Khoảng cách giữa các sợi s

 Độ bền của vữa hoặc bê tông

 Kích cỡ, hình dạng của mẫu

2 Cường độ chịu nén

Tác động của sợi tăng cường đối với độ bền nén của bê tông không đáng kể Tuy nhiên, độ dẻo được tăng cường một cách đáng kể Độ dẻo là số đo khả năng hấp thụ năng lượng trong thời gian biến dạng Chỉ số

độ dẻo (TI) được tính theo công thức sau:

so với mẩu bê tông thường Cường độ chịu nén của bê tông tăng lên khi hàmlượng sợi thép tăng từ 60 lên 120kg/m3 Sư chênh lệch giữa cường độ chịu nén giửa bê tông thường và SFRC ở nhửng ngày đầu chưa cao lắm, nhưng càng về sau thì sự chênh lệch này ngày càng lớn và tăng dần lên

4

Hàm lượng sợi thép ( kg/m 3 )

Hình Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến cường độ chịu nén của SFRC

3 Cường độ chịu kéo

Khi thể tích của sợi tăng lên từ 0.25  1.25 % cường độ chịu kéocủa bê tông cốt sợi tăng lên đáng kể Cường độ chịu kéo có thể tăng từ 10đến 30% với các thử nghiệm bê tông cốt sợi thép có cường độ chịu nén đến50MPa.Khi hàm lượng sợi thép tăng thì cường độ chịu kéo của SFRC tăng,

sự chệnh lệch cường độ chịu kéo của mẩu SFRC và bê tông thường tươngđối lớn, đặc biệt ở 28 ngày thì thể hiện càng rõ

6 Cường độ chịu uốn

Khi hàm lượng sợi thép tăng 60, 80, 100 và 120 kg/m3 thì cường

độ chịu uốn lần lượt tăng 43,4; 44,6; 46,2; và 52 daN/cm2 so với bê tôngthường có cường độ chịu uốn là 25 daN/cm2 SFRC có tính dẻo dai tốt hơn

sơ với bê tông thường

Hàm lượng sợi thép (kg/m3)

Hình 3 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến cường độ chịu uốn của SFRC

Các sợi tăng cường tác động lớn đến cường độ chịu uốn của bêtông trong các giai đoạn:

 Giai đoạn tải trọng gây nứt trong đồ thị độ võng - tải trọng

 Giai đoạn tải trọng cực hạn

Cả 2 giai đoạn đều bị ảnh hưởng thể tích sợi Vf và tỉ lệ l/df Vf <0,5% và l/df < 50, sợi có ảnh hưởng nhỏ đến cường độ chịu kéo khi uốn của

bê tông mặc dù chúng vẫn có thể có ảnh hưởng đến độ dẻo của bê tông

Các kết quả nghiên cứu trên kết cấu dầm bê tông cốt sợi thép cho thấy cường độ chịu kéo khi uốn tăng lên từ 15-20 %

II THÀNH PHẦN CỦA BÊ TÔNG CỐT SỢI

-Loại xi măng được sử dụng là xi măng Portland thường-Lượng xi măng tối đa là 525kg/1m3 bê tông

 Nước

-Phải là nước uống được-Đảm bảo độ sạch hợp lý và không lẫn dầu, muối, a xít, chất kiềm, thực vật…

 Phụ gia hóa học

-Các hợp chất hóa học góp phần tăng đáng kể cường độ chịu nén, kiểm soát tốc độ đóng rắn, thúc đẩy nhanh cường độ, cải thiện khả năng làm việc và độ bền lâu

 Vật liệu khoáng siêu mịn

-Các vật liệu khoáng siêu mịn bao gồm chủ yếu là muội silic, ximăng xỉ, và tro trấu…

 Cốt liệu thô (Đá dăm)

-Kích thước tối đa của cốt liệu không lớn hơn 9.5-12.5mm -Thành phần hạt phải phù hợp với tiêu chuẩn TCVN7570-2006,ASTM D448, tiêu chuẩn Châu Âu N13043-2002

 Cốt liệu mịn ( Cát )

-Mô đun độ mịn từ 2,6 đến 3,2 -Phải có hạt bền, cứng và sạch, không lẫn bụi, bùn, sét, chất hữu cơ và những tạp chất khác

Việc phân tích thành phần hạt thực hiện theo TCVN 7570-2006

 Cốt sợi thép

-Sợi thép sản xuất từ thép cacbon hay thép hợp kim-Cường độ chịu kéo trong khoảng 345 - 1380 MPa-Môđun đàn hồi khoảng 200 GPa

-Tiết diện sợi thép có thể là tròn, vuông-Chiều dài sợi thép thường nhỏ hơn 75 mm -Tỉ số chiều dài sợi trên đường kính sợi L/df từ 20 - l00 là hay

sử dụng để gia cường cho BTXM

2.Thiết kế hổn hợp bê tông cốt sợi thép

 Các bước lựa chọn tỷ lệ vật liệu

MS (Kg) Đá(Kg) Cát(Kg) Cốt sợi thép

Quá trình trộn bê tông cốt sợi

Kiểm tra thiết bị đo

12

Kiểm tra thiết bị đàn hồi

III YÊU CẦU KỶ THUẬT CỦA BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP

1 Nguyên tắc cấu tạo bê tông cốt sợi

Có 3 nguyên tắc cơ bản

a Khả năng chịu kéo của bê tông rất kém

b Sự tăng cường cốt sợi phân tán sẽ hạn chế sự phát triển những vết nứt nhỏ (vi vết nứt)

c Sợi được phân bố không liên tục và ngẫu nhiên trong đá ximăng cả

ở vùng chịu nén và chịu kéo của kết cấu Chúng có thể nâng cao độcứng và điều chỉnh vết nứt thông qua việc ngăn chặn các vi vết nứtlan truyền, mở rộng và còn tăng độ dai do khả năng hấp thụ năng lượng của cốt sợi

16

2 Mô hình làm việc của sợi

Sợi hoạt động ở hai quy mô trong quá trình nứt của pha hồ xi măng

a) Quy mô vi cấu trúc

Tác dụng của các sợi làm ổn định các vết nứt cực nhỏ, làm chậm quá trình hư hỏng của vật liệu và hạn chế sự hình thành vết nứt lớn hơn

b) Quy mô kết cấu

 Các sợi hoạt động như các vi cốt thép

 Cải biến khả năng hút năng lượng của kết cấu, thay đổi quátrình phá hủy, vật liệu chuyển từ phá hoại giòn sang phá hoạidẻo

 Tuy nhiên, sợi sẽ làm rối loạn cấu tạo hồ xi măng và ảnh hưởngđến tính dễ đổ của bê tông

Bảng : Thuộc tính của nhửng loại sợi khác nhau Loại sợi Đường kính(mm) Khối lượngriêng

(kg/m 3 )

Cường độ chịu kéo (GPa)

Môđun đàn hồi (GPa)

Độ dãn dài tương đối (%)

Asbeslos 0.0015-0.02 3.2 0.6 - 1.0 83 - 138 1-2 Cotton, sợi

Thuỷ tinh 0.005-0.15 2.5 1.0 - 2.6 70 - 80 1.5 - 3.5 Graphite

(cacbon) 0.008 -0.009 1.9 1.0 - 2.6 230 - 415 0.5-1.0Kevlar 0.01 1.45 3.5 - 3.6 65 - 133 2.1 - 4.0

Polyester 0.02-0.4 1.4 0.72 - 0.86 8.3 11-13 Polypropylene 0.02-0.4 0.95 0.55 - 0.76 3.5 15-25

Bảng : Tỷ lệ các thành phần của bê tông cốt sợi thường

Bảng: Tỷ lệ các thành phần của bêtông cốt sợi cường độ cao

4 Mô đun đàn hồi của bê tông

Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi theo ASTM C469

R -R E=

ε -ε

Bảng : Kết quả đo mô đun đàn hồi

STT Tuổi mẫu RI Hàm lượngsợi thép, % Edh TB

Quan hệ giửa mô đu đàn hồi và RI

trong đó: Ecf - mô đun đàn hồi của bê tông cốt sợi, GPa

Ec - mô đun đàn hồi của bê tông, GPa

RI - Hệ số đặc trưng của cốt sợi Bảng : Tính toán sai số so với công thức khác

mô đun đàn hồi của bê tông gốc để tính toán

 Với BTCĐCCST công thức của hiệp hội RILEM kiến nghị là:

o Ecf = 9500(f’c)1/3,MPa (2.21) hoặc Ecf = 5000(f’c)1/2, MPa

Hình Mối quan hệ tải trọng- biến dạng của đầm bê tông và dầm

bê tông cốt sợi

b) Độ bền dai

 Diện tích vùng nằm phía dưới đồ thị quan hệ độ võng - tải trọng

là đại lượng năng lượng được hấp thụ Đại lượng này có tên gọi

là "độ bền dai"

 Trong quá trình phân tích sự gia cường bằng cốt sợi thép, giá trị

độ bền dai là vấn đề cần quan tâm, cho biết đặc tính của vết nứt

 Việc đánh giá từng loại sợi thép tiến hành bằng cách so sánhphần năng lượng được hấp thụ (độ bền dai) khi mẫu thí nghiệmđạt độ võng quy ước (với kết cấu dầm 15mm, với bản 25mm)

 Căn cứ vào biểu đồ năng lượng của mẫu thử có thể xác địnhđược cường độ tại một số điểm đặc biệt ứng với năng lượng xácđịnh

 Làm các sàn nhà công nghiệp và bến cảng.

 Làm các đường băng sân bay

 Kết cấu chịu va chạm như: kho chứa thiết bị máy móc nặng

 Làm sàn của nhà máy điện hạt nhân

 Kết cấu chịu nhiệt

 Làm các lớp phủ vỏ hầm bằng công nghệ phun

ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP TRONG KẾT CẤU CẦU

Hiện nay BTCS Thép cường độ cao và cường độ rất cao được sử dụngtrong kết cấu cầu thuộc 2 lĩnh vực như sau:

Kết cấu dầm và bản BTCST : thay phần bê tông trong kết

cấu bằng BTCST cả vùng chịu kéo và vùng chịu nén

Các kết cấu cầu được gia cường bằng BTCST : chịu các

tác động của các sự cố chưa được lường đến trong các tiêu chuẩn thiết kếcầu

 Cầu cho người đi bộ Shef'crooke

Cầu đi bộ Sherbrooke ở Sherbrooke, Quebec là công trình kiến trúc kỹthuật đầu tiên xây dựng bằng BTCS Thép Cường độ cực cao trên thế giớivào năm 1997 Với khẩu độ 60m, kết cấu dành cho người đi bộ này đượcđúc sẵn và ứng lực trước , mặt cầu làm bằng BTCS thép cường độ cực cao

 Cầu Bourg-les-Valence ở Đông

nam nước Pháp

Cầu được làm bằng BTCSthép cường độ cực cao, gồm 2nhịp dài khoảng 20m và hoànthành năm 2001

Thông số kỹ thuật của cầu:

Mặt đường bến cảng ở Tây Ban Nha

Nền nhà kho ở Anh

24

Hầm đường sắt ở Anh

D TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Nguyễn Văn Chánh,Trần Văn Miền,(2003) “ Ứng Dụng Bê TôngCường Độ Cao Cốt Sợi Bazan Cho Các Công Trình Chịu Tải TrọngĐộng”, Thông Tin Phát Triển Khoa Học Công Nghệ Bê Tông Ở ViệtNam ( IDC 2003), Đà Nẳng

 Nguyễn Văn Chánh, Trần Văn Miền (2003),“Basalte Fiber ReinforcedHigh Strength Concrete”, 28th Conference on Our World in Concrete

& Structure, Volume XXII, Singapore

 Nguyễn Văn Chánh (2003), “Bê Tông Cốt Sợi Phân Tán”, Hồ Sơ