CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC DẠNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾP XÚC VỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC
1.3. CÔNG NGHỆ BẢO VỆ, GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG CFRP
1.3.2. Đặc tính cơ lý của vật liệu FRP
Tỷ lệ thành phần vật liệu sợi: Chất lượng thi công vật liệu FRP phụ thuộc chủ yếu tay nghề của công nhân và bộ phân trực tiếp thi công, quản lý thi công và kiểm soát chất lượng. Chiều dày, cường độ và mô đun đàn hồi của lớp vật liệu FRP phụ thuộc và tỷ lệ sợi / chất kết dính.
Ứng xử kéo của vật liệu FRP: Khi tải trọng tác dụng theo phương chịu kéo, vật liệu FRP đơn hướng không thể hiện bất kỳ ứng xử dẻo nào trước khi đứt gãy. Ứng xử kéo của vật liệu FRP được đặc trưng bởi mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng cho đến khi bị phá hoại, phá hoại xảy ra đột ngột và giòn; Cường độ chịu kéo và độ cứng của vật liệu FRP phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Do sợi là bộ phận chịu tải chính của vật liệu FRP, loại sợi, hướng của sợi, số lượng sợi và các biện pháp và điều kiện sản xuất đều ảnh hưởng đến cường độ chịu kéo của vật liệu FRP. Có 02 phương pháp
DUT.LRCC
tính toán: phương pháp tính toán dựa trên diện tích thực của sợi hoặc dựa trên tổng diện tích của vật liệu FRP. Kết quả thí nghiệm với vật liệu đã đóng rắn, cường độ và biến dạng phá hoại tới hạn đo được của sợi đối với diện tích thực thường thấp hơn so với các giá trị đo được khi thí nghiệm với sợi khô. Do đó để đảm bảo an toàn, đặc tính kỹ thuật của vật liệu FRP nên được tính toán như một vật liệu liên hợp (composite) của hệ sợi và chất kết dính làm việc đồng thời. Đặc tính cơ học của tất cả các hệ thống vật liệu FRP, bất kể loại mẫu nào, nên dựa trên các thí nghiệm sợi và chất kết dính làm việc đồng thời với hàm lượng sợi đã biết.
Ứng xử nén của vật liệu FRP: Hệ thống vật liệu FRP dính bám ngoài không nên được sử dụng để tăng cường độ vùng chịu nén trừ khi có các thí nghiệm tin cậy. Kết qua thí nghiệm của các tấm vật liệu FRP sử dụng để gia cố bê tông chỉ ra rằng cường độ chịu nén của vật liệu FRP thì thấp hơn cường độ chịu kéo. Dạng phá hoại của tấm vật liệu FRP bị nén theo chiều dọc có thể bao gồm sự phá hoại kéo ngang, phá hoại mất ổn định cục bộ của sợi, hoặc phá hoại cắt. Dạng phá hoại phụ thuộc vào loại sợi, hàm lượng sợi và các loại chất kết dính. Nhìn chung cường độ chịu nén của vật liệu nào có cường độ chịu kéo cao thì sẽ có cường độ chịu nén cao, ngoại trừ trường hợp của AFRP, do các sợi biểu thị ứng xử không tuyến tính khi chịu nén ở các giá trị ứng suất tương đối thấp. Vật liệu FRP có mô đun nén đàn hồi thường nhỏ hơn so với mô đun kéo đàn hồi. Theo các kết quả thí nghiệm, mô đun đàn hồi nén là khoảng 80% cho GFRP, 85% cho CFRP và 100% cho AFRP của mô đun đàn hồi cho các mẫu thử giống nhau (theo báo cáo của Ehsani năm 1993).
Tính bền của vật liệu FRP: Nhiều hệ thống vật liệu FRP thể hiện tính chất cơ học giảm sau khi tiếp xúc với một số yếu tố môi trường, bao gồm cả nhiệt độ cao, độ ẩm và tiếp xúc với hóa chất. Sự tiếp xúc của môi trường, thời gian tiếp xúc, loại chất kết dính, loại sợi và phương pháp đóng rắn của chất kết dính là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến mức độ giảm tính chất cơ học. Những thuộc tính chịu kéo được đưa ra bởi nhà sản xuất là dựa trên thử nghiệm được tiến hành trong môi trường phòng thí nghiệm và không phản ảnh tác động của sự tiếp xúc với môi trường. Các thuộc tính này cần được điều chỉnh triết giảm trong tính toán cho môi trường làm việc dự kiến mà hệ thống vật liệu FRP tiếp xúc.
DUT.LRCC
Bảng 1.1. Các đặc trưng cơ học cốt sợi
Cốt sợi Cường độ chịu
kéo (N/mm2-MPa)
Moduyn đàn hồi (kN/mm2-
GPa)
Độ dãn dài (%)
Tỷ trọng (g/cm3)
Aramid 3400-4100 70-125 2.4 1.44
Thủy tinh Loại E Loại A Loại C Loại S
3400 2760 2350 4600
72,5 73 74 88
2,5 2,5 2,5 3,0
2,57 2,46 2,46 2,47 Carbon
Tiêu chuẩn Cường độ cao Môđun cao Môđun cực lớn
3700 4800 3000 2400
250 250 500 800
1,2 1,4 0,5 0,2
1,7 1,8 1,9 2,1 Bảng 1.2. Các đặc trưng cơ học của chất nền
Chất nền Cường độ chịu kéo (N/mm2-MPa)
Moduyn đàn hồi (kN/mm2-GPa)
Độ dãn dài (%)
Tỷ trọng (g/cm3) Polyester
Epoxy Vinylester Phenolic
65 90 82 40
4,0 3,0 3,5 2,5
2,5 8,0 6,0 1,8
1,2 1,2 1,12 1,24 Bảng 1.3. Một số đặc trưng tiêu biểu của hệ thống tấm sợi FRP
Hệ thống FRP Loại sợi
Trọng lượng (g/m2)
Chiều dày thiết kế
(mm)
Cường độ chịu kéo
(MPa)
Môđuyn đàn hồi
(GPa)
Tấm Tyfo SEH51 Thủy tinh 915 1,3 575 26,1
Tấm Tyfo SCH41 Carbon 644 1 985 95,8
Tấm Hex 100G Thủy tinh 915 0,36 2.300 72
Tấm Hex 103C Carbon 610 0,11 3.800 235
Tấm Carbodur S Carbon 2.100 1,2-1,4 2.800 165
Tấm Carbodur M Carbon 2.240 1,2 2.400 210
Tấm Carbodur H Carbon 2.240 1,2 1.300 300
Tấm Mbrace EG 900 Thủy tinh 900 0,37 1.517 72,4
Tấm Mbrace AK 60 Aramid 600 0,28 2.000 120
Mbrace CF 130 Carbon 300 0,17 3.800 227
Mbrace CF 160 Carbon 600 0,33 3.800 227
DUT.LRCC