CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ SỰ HƯ HỎNG CỦA CÔNG TRÌNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ, SỬA CHỮA
1.3. Các phương pháp gia cường kết cấu
Hiện nay, có nhiều phương pháp để gia cường kết cấu bê tông cốt thép như bổ sung một lớp bê tông đổ tại chỗ ở vùng chịu nén hoặc bê tông cốt thép có hàm lượng cốt thép cao ở vùng chịu kéo của mặt cắt kết cấu để gia tăng cánh tay đòn hay khoảng cách giữa trọng tâm vùng bê tông chịu nén và trọng tâm cốt thép vùng chịu kéo. Điều này sẽ mang lại một khả năng chịu lực uốn lớn hơn cho kết cấu. Ngoài ra, phương pháp này thường kết hợp với việc bổ sung thêm cốt thép và phun vữa bê tông bảo vệ ở vùng chịu kéo. Tuy nhiên, giải pháp này dẫn tới việc làm tăng đáng kể trọng lượng cũng như chiều cao của kết cấu. Việc thi công cũng không được sạch sẽ và tạo tiếng ồn cũng như tác động tới môi trường. Một phương pháp nổi bật nữa là việc sử dụng cáp dự ứng lực ngoài. Theo đó, một số ụ neo được làm mới và gắn vào kết cấu cần gia cường. Các cáp dự ứng lực ngoài được kéo và neo vào các ụ neo này. Việc gia cường bằng phương pháp sử dụng dự ứng lực ngoài thường áp dụng cho các cấu kiện có kích thước lớn, ví dụ như dầm cầu, sàn nhà khẩu độ lớn, và được thực hiện ở vùng chịu kéo do lực dọc và mô men.
Để khắc phục những hạn chế trên thì phương pháp gia cường bằng phương pháp dán tấm thép, phương pháp gia cường bằng tấm sợi thủy tinh GFRP, gia cường bằng tấm sợi các bon CFRP dần được thay thế. Với phương pháp thi công đơn giản, vật liệu gọn nhẹ và hiệu quả gia cường cao.
1.3.1. Gia cường bằng phương pháp dán tấm thép
Việc gia cường, sửa chữa, tăng khả năng kháng uốn bằng phương pháp dán tấm thép đã được thực hiện từ cách đây khoảng 40 năm trước. Phương pháp này được sử dụng trong điều kiện mặt bằng thi công rộng rãi và khi khả năng kháng uốn của kết cấu bị suy giảm do một số nguyên nhân, tác động từ biên ngoài.
Cấu tạo và vật liệu sử dụng chính: Sử sụng tấm thép để gia cường kết hợp keo epoxy làm chất liệu kết dính, khoan neo tấm thép vào kết cấu chịu uốn nhằm định vị và tăng khả năng làm việc của tấm thép. Khi thực hiện cần đáp ứng các điều kiện sau:
- Tại các vị trí cần dán thép tấm, bề mặt bê tông phải mài thật phẳng để lớp thép tấm có thể tiếp xúc đa diện tích bề mặt khi dán.
13
- Hạn chế tối đa số lượng lỗ khoan neo giữ tấm thép vào bê tông. Vì càng khoan nhiều, sàn bê tông hiện trạng càng bị giảm yếu.
Hình 1.11. Gia cường sàn bê tông cố thép bằng phương pháp dán tấm thép
Ưu điểm: Thích hợp cho việc gia cường các cấu kiện chịu uốn, có hiệu quả kỹ thuật cao,không làm tăng chiều cao kiến trúc của kết cấu, không làm thu hẹp tĩnh không của công trình
Nhược điểm: Việc thi công phức tạp, đòi hỏi rất nhiều kỹ thuật thi công chính xác, giá thành thi công cao. Tăng tĩnh tải lên hệ kết cấu, lớp thép ngoài dễ bị rỉ.
1.3.2. Gia cường bằng phương pháp dán tấm sợi thủy tinh GFRP.
Trong vòng 20 năm gần đây, việc gia cường kết cấu bằng dán tấm thép được thay thế dần bằng phương phương pháp dán tấm thủy tinh GFRP (glass fiber reinforced polymer)
Cấu tạo và các vật liệu chính: Tấm thủy tinh GFRP được cấu tạo từ nền epoxy và cốt sợi thủy tinh tạo nên tấm composite có lớp kết dính tạo nhám và lớp hỗn hợp chống cháy. Bó sợi thuỷ tinh sau khi được tẩm chất kết dính sẽ chạy qua lò gia nhiệt tại đây quá trình đóng rắn hay phản ứng khâu mạch của chất kết kính sẽ sảy ra tạo thành polyme. Sản phẩm được làm nguội và cắt thành cây có chiều dài 11.7m hoặc thành những cuộn tròn có chiều dài 100m tuỳ theo yêu cầu
Ưu điểm: Tấm sợi thủy tinh có khả năng Chống ăn mòn trong các môi trường nước biển và môi trường Axit, Kiềm. Có độ bền kéo cao. Độ dẫn nhiệt và dẫn điện thấp. Không có từ tính.
Nhược điểm: Tấm sợi thủy tinh không thể uốn tại công trường, thi công phức tạp, khả năng chịu nhiệt thấp.
Hình 1.12: Các thông số kỹ thuật của một số tấm sợi thủy tinh 1.3.3. Gia cường bằng phương pháp dán tấm sợi các bon CFRP
Trong những năm gần đây thì việc gia cường bằng phương pháp dán tấm các bon CFRP cho thấy nhiều ưu điểm nổi trội so với phương truyền thống (sử dụng thép tấm, tấm sợi thủy tinh, tăng tiết diện kết cấu….). Phương pháp mới này tận dụng được ưu điểm khả năng chịu lực rất cao của vật liệu cùng với sự tiện lợi khi thi công đã trở thành một giải pháp rất đáng chú ý khi chọn lựa để sửa chữa, gia cố cho các công trình bê tông cốt thép.
15
1000
500
0 0.015 0.03
Biến dạng
Hình 1.13: Ứng suất-biến dạng của vật liệu cốt sợi các bon và sợi thủy tinh
Hình 1.14: Gia cố sàn phẳng tăng khả năng chịu uốn của sàn bằng tấm CFRP Ưu điểm: Phương pháp gia cường bằng phương pháp dán tấm các bon CFRP có rất nhiều ưu điểm như cường độ chịu lực cũng như mô đun đàn hồi cao hơn so với tấm sợi thủy tinh, thi công đơn giản, nhanh chóng, không cần phải đập phá kết cấu, không cần sử dụng ván khuôn (cốp pha), đảm bảo giữ nguyên hình dạng kết cấu cũ, có tính thẩm mỹ cao, đặc biệt là hạn chế tối đa ảnh hưởng của việc thi công gia cố tới sinh hoạt bình thường của chủ công trình.
Nhược điểm: Việc gia cường đòi hỏi độ chính xác cao, không phù hợp với cấu kiện chịu nhiệt, giá thành đắt hơn so với các phương pháp khác