NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP TRONG S- 123docz.net

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III

1.4. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP TRONG SỮA CHỮA VÀ TĂNG CƯỜNG CẦU BTCT DƯL

1.4.1. Tổng quan:

Qua các nghiên cứu ở trên cho thấy, với đặc điểm cầu bê tông hiện hữu ở Khu QLĐB V hiện nay, với đặc điểm áp dụng vật liệu FRP trên kết cấu hiện hữu phục vụ mục đích tăng cường như đã kể trên, triển vọng áp dụng vật liệu này rất lớn. Các ưu điểm chính của vật liệu là:

Giá thành hiện nay không quá lớn, nhiều nhà cung cấp đã có sẵn tại thị trường Việt Nam như Sika, Tyfo, VSL, Freyssinet... đảm bảo tính khả thi trong thi công của phương án.

Việc thi công tương đối thuận tiện chỉ bằng các động tác chính là: Vệ sinh bề mặt bê tông, quét keo epoxy, lắp neo và căng kéo (đối với phương pháp tăng cường chủ

động), liên kết tấm, thanh hay tao FRP vào bề mặt bê tông hiện hữu. Không cần phải thực hiện các biện pháp bảo vệ gì thêm.

Với các phân tích nêu trên cho thấy, việc áp dụng vật liệu FRP hiện nay là điều cần thiết, đây là một phương án nghiên cứu thay thế cho các phương pháp truyền thống hay phương pháp tương đối phổ biến hiện nay trong kết cấu cầu là phương pháp dự ứng lực ngoài. Vì vậy, cần thiết phải có một quy trình công nghệ để thực hiện công việc tăng cường kết cấu nhịp dầm bê tông sử dụng vật liệu FRP hiện nay.

Mục đích của phần này là đề ra công nghệ áp dụng vật liệu, thi công tăng cường kết cấu nhịp cầu bê tông nói chung sử dụng loại vật liệu này.

1.4.2. Khảo sát, kiểm tra phương án tăng cường sử dụng vật liệu FRP:

Mục đích khảo sát kết cấu nhằm cung cấp các thông tin ban đầu liên quan đến kết cấu hiện hữu, kiểu và mức độ nghiêm trọng của các hư hỏng. tính khả thi của phương án tăng cường. Ngoài ra, mục đích của công tác khảo sát để làm cơ sở đánh giá kết cấu hiện hữu về năng lực chịu tải và đề ra phương án thiết kế sơ bộ. Trên cơ sở thiết kế đó, khảo sát tính khả thi của phương án, chi phí thực hiện phương án tăng cường. Các nội dung khảo sát bao gồm:

- Các thông tin về phương án thiết kế hiện hữu: Bản vẽ thiết kế, bản vẽ hoàn công, hồ sơ bản tính, tiêu chuẩn thiết kế ban đầu...

- Lịch sử thi công công trình nếu có. Điều này liên quan đến quá trình thi công, các lưu ý sự cố trong quá trình thi công, các đặc trưng vật liệu chi tiết trong quá trình thi công... làm cơ sở để khi lên phương án tăng cường cần chú ý hay có các số liệu thực tế phục vụ công tác thiết kế để phương án tăng cường sát với kết cấu hiện hữu hơn.

- Các thông tin về vật liệu: Bao gồm các thông tin trong quá trình thi công về bê tông: các thành phần cấp phối bê tông, các kết quả nén mẫu bê tông, thép, các kết quả thí nghiệm thép... Trong quá trình khảo sát, nếu thiếu các thông tin nêu trên hoặc kết cấu bị xuống cấp cần phải đánh giá mức độ xuống cấp thì cần phải tiến hành lấy mẫu tại hiện trường để có số liệu sát với kết cấu.

Đối với việc kiểm tra kết cấu hiện hữu xem có phù hợp với phương án tăng cường sử dụng CFRP bao gồm: Công tác kiểm tra ngoài hiện trường và công tác đánh giá kết cấu nội nghiệp. Nhìn chung, phương án sử dụng CFRP có tính khả thi cao vì lợi thế thi công thuận tiện hơn nhiều phương án tăng cường khác do vậy sử dụng phương án này khả thi cho hầu hết các kết cấu nhịp cầu hiện hữu. Công tác nội nghiệp trong phòng nhằm mục đích kiểm tra xem phương án sử dụng CFRP có hợp lý hay không thông qua kết quả tính toán và đánh giá khả năng chịu tải của kết cấu trước và sau khi tăng cường.

1.4.3. Lựa chọn dạng vật liệu FRP:

Vật liệu FRP có nhiều loại với nhiều tính năng khác nhau do vậy lựa chọn vật liệu FRP phụ thuộc vào các yêu cầu:

- Yêu cầu về năng lực chịu tải kết cấu từ đó dẫn tới yêu cầu về việc sử dụng - Yêu cầu về điều kiện môi trường xung quanh kết cấu

- Yêu cầu về thi công - Yêu cầu về giá thành

Có nhiều loại vật liệu FRP khác nhau phụ thuộc vào thành phần sợi trong cấu thành vật liệu FRP. Mỗi loại sợi dẫn tới đặc trưng cơ lý, tính bền, tính dẻo khác nhau như đã trình bày ở các mục trên.

- Vật liệu CFRP với cấu thành sợi các bon - Vật liệu GFRP với cấu thành sợi thủy tinh - Vật liệu AFRP với cấu thành sợi aramid

Dạng cấu tạo của vật liệu FRP cũng rất phong phú: Dạng tấm đồng hướng, tấm dị hướng, dạng dải, dạng thanh...

Nhìn chung, đối với yêu cầu của công trình cầu, đặc biệt là cầu bê tông dự ứng lực và nhu cầu nâng cấp tải trọng hiện nay thì ở Việt Nam, loại FRP phù hợp với các yêu cầu tăng cường trên phổ biến vẫn là loại CFRP dạng tấm và dạng thanh hoặc tao xoắn.

1.4.4. Công nghệ thi công:

1.4.4.1. Nhiệt độ và độ ẩm thi công:

Nhiệt độ, độ ẩm môi trường và độ ẩm bề mặt bê tông có ảnh hưởng rất lớn đến năng lực của kết cấu tăng cường sử dụng FRP. Nhìn chung, bề mặt có nhiệt độ thấp, ẩm, có nước thì không nên thi công tại thời điểm đó. Một số nhà sản xuất cho phép có thể sử dụng FRP dưới nước nhưng cần có các chỉ dẫn đặc biệt và cần phải tuân thủ chặt chẽ theo thông số vật liệu áp dụng chi tiết.

1.4.4.2. Thiết bị thi công và an toàn lao đông:

Thiết bị thi công tăng cường sử dụng vật liệu FRP nhìn chung khá đơn giản. Đối với các dạng tăng cường thụ động, thiết bị thi công chủ yếu đóng vai trò phun, quét keo lên bề mặt bê tông, thiết bị nâng các tấm FRP và thiết bị ép, giữ FRP vào bề mặt bê tông hiện hữu. Đối với phương pháp tăng cường chủ động, cần phải tăng thêm dự ứng lực lên kết cấu thì tùy loại FRP mà có các thiết bị chuyên dụng đi kèm theo sản phẩm, thông thường là một số các kích nhỏ phục vụ việc căng kéo.

Trong khi thi công, cần có các thiết bị an toàn bảo vệ mắt và da tránh bị tổn hại bởi keo êpôxy.

1.4.4.3. Trình tự thi công cơ bản:

Có nhiều dạng tăng cường tương ứng với loại FRP được sử dụng tương ứng.

Nhìn chung, trình tự thi công khá đa dạng theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Đối với các phương án thiết kế phổ biến, trình tự thi công cơ bản như sau:

- Chuẩn bị, sửa chữa và làm sạch bề mặt bê tông kết cấu hiện hữu - Quét keo êpôxy lên bề mặt bê tông và bề mặt tấm, dải FRP

- Chờ thời gian thích hợp và ép tấm FRP lên bề mặt kết cấu. Sử dụng các thiết bị

đơn giản để dồn khí ra ngoài đảm bảo sự tiếp xúc giữa FRP và bê tông tốt nhất, không có bọt không khí bên trong.

- Lắp các thiết bị gá, kẹp để đảm bảo điều kiện dính bám tốt nhất cho đến khi keo êpôxy khô.

- Bảo dưỡng và hoàn thiện bề mặt.

1.4.4.4. Chuẩn bị và sửa chữa bề mặt:

Chất lượng tăng cường kết cấu hiện hữu phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng chuẩn bị bề mặt bê tông do có thể làm mất dính bám của FRP lên kết cấu hiện hữu.

Việc sửa chữa bề mặt bê tông cần phải được thực hiện chặt chẽ và nghiêm khắc trước khi thi công FRP. Bê tông rỗ, xốp, nứt hay bị xuống cấp cần phải được đục bỏ đến lớp bê tông nguyên dạng và còn chất lượng tốt. Các biện pháp trám vá cần phải sử dụng vật liệu đảm bảo tính dính bám cao và có cường độ tối thiểu bằng bê tông ban đầu đồng thời duy trì được tính dính bám. Để đảm bảo tiêu chí nêu trên, vật liệu trám phải là loại có độ dính tốt, tính co ngót và từ biến thấp. Thông thường, đối với các vết trám nhỏ, bê tông epôxy là giải pháp thích hợp nhất đáp ứng được yêu cầu này.

Chuẩn bị bề mặt dính bám đối với các phương án tăng cường cần coi điều kiện dính bám là tiên quyết để đảm bảo chất lượng và hiệu quả phương án tăng cường. Đối với những phương án này, bề mặt bê tông nền phải đảm bảo sự dính bám của keo êpôxy với yêu cầu: vật liệu đồng nhất, không ẩm, không có vật liệu xốp hay chất bẩn.

1.4.4.5. Trộn keo Epoxy:

Trộn keo êpôxy cần tuân thủ chặt chẽ theo hướng dẫn của nhà sản xuất. các thành phần của keo cần phải được trộn ở tỉ lệ thích hợp theo hướng dẫn tại nhiệt độ trộn tương ứng. Các thành phần keo êpôxy thường có màu khác nhau nên việc trộn cho đến khi không có sự phân biệt về màu sắc thì có thể coi như đạt yêu cầu.

Việc trộn keo có thể sử dụng bằng máy tuy nhiên phải chọn máy trộn thích hợp.

Thông thường, việc trộn êpôxy có thể trộn được bằng tay nhưng không đáp ứng được yêu cầu thi công do năng suất thấp nên không đảm bảo được thời gian thi công. Máy trộn êpôxy thường có công suất và tốc độ vòng quay thấp để đảm bảo chất lượng hỗn hợp. Máy trộn có tốc độ vòng quay cao thường gây ra hiện tượng dẻo quá của keo nên không đảm bảo khả năng thi công.

1.4.4.6. Bảo dưỡng bề mặt vật liệu trước khi thi công:

Thông thường, nếu đóng gói của các nhà sản xuất tới công trường còn nguyên vẹn thì trừ khi có yêu cầu của nhà cung cấp, các sản phẩm FRP có thể được đem sử dụng ngay. Trường hợp lưu trữ tại công trường không đảm bảo do có xuất hiện các vết bẩn của đất, hữu cơ, dầu, mỡ,... thì cần có các giải pháp tẩy rửa.

1.4.4.7. Hoàn thiện bề mặt sau khi thi công:

Với đặc tính của FRP như đã giới thiệu ở trên, phần lớn không cần phải thực hiện việc bảo vệ bề mặt. Các chất bảo vệ ví dụ như sơn bề mặt để đảm bảo mỹ quan cũng cần phải được xem xét thận trọng và cần tham khảo tiêu chuẩn của nhà sản xuất vì lý

do trong các chất này có thể có các chất hòa tan tồn tại trước khi khô làm ảnh hưởng đến chất lượng keo êpôxy khi dính bám.

1.4.4.8. Hướng của tấm FRP khi thi công:

Vật liệu FRP hầu hết là vật liệu không đẳng hướng. Đối với việc tăng cường cầu đòi hỏi các loại vật liệu FRP có tính năng cao thì các vật liệu FRP đa phần là đơn hướng. Vì vậy khi thi công cần đặc biệt lưu ý hướng của vật liệu này khi gia công và lắp đặt.

Hướng của vật liệu FRP nhìn chung cần phải theo đúng hướng của thiết kế, không sai lệch nhiều so với quy định của nhà sản xuất. Nếu sai lệch đến 50 đã có thể

không đảm bảo phương án tăng cường.

1.4.4.9. Mối nối CFRP:

Mối nối vật liệu FRP có thể ở dạng mối nối cơ học hay mối nối chồng. Mối nối cơ học thường ít sử dụng trừ các trường hợp không dính bám. Mối nối chồng phù hợp với nhiều dạng cấu tạo của FRP và phù hợp với dạng áp dụng tăng cường kết cấu hiện hữu của nó. Chiều dài mối nối chồng theo khuyến cáo của nhà sản xuất để đảm bảo khả năng phát triển cường độ. Việc áp dụng FRP trong tăng cường sửa chữa nên hạn chế sử dụng mối nối. Trong trường hợp bắt buộc phải sử dụng, mối nối và chiều dài phát triển chồng nối cần phải được thí nghiệm trước khi quyết định chiều dài chồng nối.

1.4.4.10. Bảo dưỡng keo EPOXY:

Bảo dưỡng keo êpôxy là công việc quan trọng để đảm bảo chất lượng tăng cường. Nó có vai trò tương tự như bảo dưỡng bê tông sau khi đổ xong. Vật liệu bảo dưỡng và yêu cầu bảo dưỡng tuân thủ theo yêu cầu của nhà sản xuất.

Việc bảo dưỡng keo là mô hình của nhiệt độ và thời gian. Thời gian bảo dưỡng keo có thể kéo dài vài ngày để đạt đến yêu cầu bảo dưỡng cần thiết. Một số các hệ thống FRP còn yêu cầu phải gia nhiệt lên tấm FRP để đảm bảo việc bảo dưỡng được nhanh chóng và hiệu quả.

1.4.4.11. Bảo dưỡng định kỳ và duy tu, sửa chữa:

Hầu hết kết cấu hiện hữu tăng cường sử dụng FRP không đòi hỏi việc bảo dưỡng thường niên. Đó là ưu việt của việc áp dụng vật liệu. Các yêu cầu đối với kết cấu thi công FRP xong hầu hết chỉ là kiểm tra định kỳ để phát hiện ra các hư hỏng do các va chạm cơ học trong quá trình khai thác. Do ảnh hưởng của các yếu tố bất lợi (như bị gia nhiệt), hay các sai sót trong quá trình thi công bộc lộ ra sau thời gian khai thác. Một thời gian dài khai thác cũng có thể là nguyên nhân làm hư hỏng các lớp FRP.

Một số hư hỏng của lớp FRP do các nguyên nhân nêu trên có thể là:

- Mất dính bám với kết cấu nền - Mất dính bám giữa các lớp với nhau

- Chất lượng FRP lớp ngoài cùng bị xuống cấp do nhiệt hay do va chạm cơ học.

Việc sửa chữa các hư hỏng của vật liệu FRP sau khi tăng cường. Đối với các hư hỏng nhỏ, giải pháp sửa chữa là bổ sung thêm các tấm vá đồng thời dán lại các chỗ bong tróc nếu điều kiện cho phép hoặc bơm keo vào các khe nứt, tách nếu khả thi.

Đối với các hư hỏng lớn, giải pháp duy nhất là thay thế các tấm FRP bị xuống cấp mà việc sửa lại có thể gây chi phí khá lớn hay không còn hiệu quả hoặc không đảm bảo tính tin cậy.