CHƯƠNG III VẬT LIỆU CHẤT DẺO CÓ CỐT SỢI
II. Vật liệu chất dẻo có cốt sợi
3. Các tính chất cơ bản của vật liệu tấm CDCCS
Vật liệu CDCCS có những tính chất ưu việt hơn hẳn các loại vật liệu khác là: có cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi rất cao, khối lượng nhẹ, chiều dài không bị giới hạn, khả năng chống ăn mòn của hóa chất và tác động của môi trường cao, cách điện toát …
Một đặc điểm thuận lợi cho khả năng ứng dụng vật liệu CDCCS vào việc gia cố kết cấu bê tông cốt thép là hệ số giãn nở do nhiệt vật liệu CDCCS và bê tông là đều
thấp và có trị số gần bằng nhau; đây là một trong những điều kiện quan trọng để chúng có thể làm việc bình thường với nhau.
Hệ số giãn nở do nhiệt của CDCCS: 9.10-6
Đối với các dầm của kết cấu nhịp cầu, bê tông thường được dùng mác khá cao, hệ số giãn nở do nhiệt của bê tông: 10.10-6
Các tính chất lý học của vật liệu CDCCS phụ thuộc chủ yếu vào tính chất lý học của sợi và nhựa, còn các tính chất cơ học của vật liệu CDCCS phụ thuộc vào những đặc tớnh sau ủaõy:
Ảnh hưởng của sự làm việc giữa sợi và nhựa;
Tỉ lệ sợi trong vật liệu CDCCS;
Tính chất cơ học của sợi trong tấm;
Hướng sợi trong vật liệu CDCCS;
Sau đây, chúng ta chỉ xét đến hai tính chất sau cùng của vật liệu tấm CDCCS.
3.1. Tính chất cơ học của sợi trong tấm:
Tính chất của sợi được ghi trong các bảng được xác định từ các thí nghiệm chịu kéo. Khi sợi nằm trong chất nền nhựa chúng còn có khả năng làm việc chịu nén và chịu cắt. Lớp nền nhựa giữa cho sợi được thẳng hướng trong trường hợp tấm CDCCS làm việc chịu nén và tính dính kết của nhựa đối với sợi đảm nhận vai trò chịu lực khi làm việc chịu cắt. Tuy nhiên, người ta chỉ chú ý đến khả năng chịu kéo của sợi CDCCS là chủ yếu. Những số liệu cơ bản về các tính chất cơ học của các loại sợi thường dùng và so sánh giữa chúng được đề cập trong Phụ lục 1, Phụ lục 2.
(Hình 3.10)
So sánh quan hệ ứng suất – biến dạng kéo và nén của các loại sợi CDCCS.
3.2. Hướng sợi trong tấm CDCCS :
Sợi CDCCS được thiết kế để chịu tải trọng dọc theo chiều dài của nó chứ không phải theo chiều ngang của chúng, hướng của sợi đã tạo nên một đặc tính rất đặc thù trong vật liệu CDCCS – tính không đẳng hướng. Đặc tính không đẳng hướng của vật liệu có thể được sử dụng như một ưu điểm trong thiết kế, với các sợi chính được đặt dọc theo hướng chịu lực chính. Điều này đã làm giảm thiểu lượng vật liệu thừa được đặt ở hướng có tải trọng nhỏ hoặc không có tải.
Tấm CDCCS dạng thô chưa tẩm nhựa có thể gồm một lớp hoặc nhiều lớp đan với nhau. Có hai dạng chính là tấm đơn hướng 0o và tấm đa hướng 0o/90o, 45o.
3.2.1. Tấm CDCCS đơn hướng :
Tấm đơn hướng là loại tấm có sợi chính chỉ được dệt theo một hướng duy nhất.
Một lượng nhỏ sợi hoặc vật liệu khác có thể được dệt theo những hướng khác với mục đích chính là để định vị các sợi chính, mặc dù các loại sợi này cũng có thể tạo ra một số đặc tính về kết cấu.
Tấm đơn hướng có khả năng được đặt chính xác vào vị trí cần thiết với một khối lượng tối ưu (không nhiều hơn hay ít hơn số lượng yêu cầu). Thêm vào đó tấm sợi đơn hướng có tính thẳng và không gấp nếp, điều này đã làm tăng đặc tính của sợi đến mức cao nhaát trong caáu truùc CDCCS.
Có nhiều phương pháp để cố định sợi chính trong tấm đơn hướng CDCCS bao gồm dệt, đan và dán. Cũng như các loại tấm tấm khác, chất lượng bề mặt của tấm đơn hướng được quyết định bởi hai yếu tố chính: sự kết hợp trong cách dệt với số lượng sợi chính, số lượng và loại sợi phụ. Bề mặt và tính ổn định của sợi được kiểm soát chủ yếu bởi cấu trúc sợi, trong khi khối lượng diện tích, khoảng cách giữa các sợi và tính nhanh khô của tấm được quyết định bởi sự lựa chọn thích hợp cách dệt và số lượng sợi treân 1cm.
Có hai dạng tấm CDCCS đơn hướng : tấm đơn hướng dạng dệt và tấm đơn hướng khoõng deọt.
Tấm đơn hướng dạng dệt có hai loại chính : tấm dệt thẳng hàng và tấm dệt không thẳng hàng. So sánh các đặc điểm chính của các dạng tấm CDCCS đơn hướng được đề cập trong Phụ lục 3
Tấm CDCCS dệt thẳng hàng: tấm dệt có cấu trúc như (hình 4.11). Trong đó các sợi chính (sợi dọc) được đan với các sợi phụ (sợi ngang) là các sợi mảnh và nhẹ hơn.
(Hình 3.11)
Tấm CDCCS dệt thẳng hàng
Điều này giúp giảm độ nhăn của tấm do giảm được góc xoay của sợi chính. Mặc dù cấu trúc này thường tạo ra loại tấm rất cứng với bề mặt không mịn do đã làm tăng tối đa khoảng cách giữa các sợi phụ nhưng nó cũng có ưu điểm là có thể dễ dàng cắt ra thành những mảnh có hình dạng phức tạp mà không phá vỡ các liên kết sợi.
Tấm CDCCS dệt không thẳng hàng: tấm dệt có cấu trúc như (hình 4.12). Trong đó các sợi chính (sợi dọc) được cố định theo chiều dọc bởi các sợi phụ được đan xen theo cả chiều dọc lẫn chiều ngang. Tấm dệt này ít nhăn và mịn hơn tấm dệt thẳng hàng, tuy nhiên ta không thể cắt nhỏ tấm dệt này mà không quan tâm đến khả năng bị bung ra cuỷa caỏu truực deọt.
Tấm CDCCS không dệt: còn được gọi là tấm CDCCS được dán. Trong cấu trúc tấm CDCCS, sợi chính được liên kết với nhau bằng cách dán các các sợi phụ khác lên bề mặt sợi chính. Các sợi phụ có thể được dán vào các sợi chính theo dạng mạng bao phủ hết bề mặt hoặc theo từng dải vuông góc với sợi chính như (hình 4.13). Quá trình dán có thể thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt nóng chảy hoặc bằng keo. Tấm CDCCS không dệt rất phẳng, không nhăn, do đó dễ định vị khi thi công. Tuy có đặc tính kỹ thuật tốt nhưng loại tấm này lại rất lâu khô và khó thoát khí khi dán, đồng thời đặc tính của tấm khi ghép cũng bị có thể suy giảm do sự có mặt của một lượng lớn vật liệu phuù.
(Hình 3.12)
Tấm CDCCS dệt không thẳng hàng
3.2.2. Tấm CDCCS đa hướng 0o/90o:
Tấm dệt CDCCS đa hướng 0o/90o được sản xuất bằng cách đan các sợi chính 0o và các sợi phụ 90o theo mẫu thông thường. Sự đồng nhất của tấm được duy trì bởi sự đan xen cơ học của các sợi. Độ mịn bề mặt và sự ổn định của tấm được kiểm soát chủ yếu bởi cách thức dệt. Khối lượng diện tích, khoảng cách sợi và khả năng nhanh khô của tấm được quyết định bởi sự lựa chọn chính xác hình thức kết hợp giữa cách dệt và số lượng sợi trên 1cm. Có các dạng đan phổ biến mô tả như các hình 4.14; So sánh các đặc điểm chính của các kiểu dệt tấm đa hướng 0o/90o được đề cập như Phụ lục 4
3.2.3. Tấm CDCCS đa hướng 45o và tấm nhiều lớp:
Ngoài loại tấm dệt đơn hướng 0o và loại tấm dệt đa hướng 0o/90o, người ta còn sản xuất loại tấm đan 45o và loại tấm nhiều lớp. Các loại tấm này được sử dụng tương đối nhiều do khả năng tương thích với nhiều ứng dụng khác nhau.
(Hình 3.13) Taỏm CDCCS khoõng deọt
(Hình 3.14a) (Hình 3.14b) (Hình 3.14c)
Kiểu dệt đều Kiểu dệt không đều Kiểu sa-tanh
(Hình 3.14d) (Hình 3.14e) (Hình 3.14f)
Kiểu dệt đan rổ Kiểu dệt lê-nô Kiểu dệt giả lê-nô
Tấm dệt 45o được dệt bằng máy dệt đặc biệt nhằm tạo ra những tấm CDCCS có hai hướng sợi +45o và –45o hoặc dán hai tấm đơn hướng lệch góc 45o với nhau. Tấm CDCCS nhiều lớp được sản xuất từ những tấm đơn hướng. Có thể ghép theo nhiều
cách khác nhau tùy theo yêu cầu.
Loại tấm CDCCS nhiều lớp có hai ưu điểm so với tấm dệt thường là tính chất cơ học tốt hơn và có thể tăng được tốc độ thi công so với khi phải dán nhiều tấm dán đơn.
Tuy nhiên, tấm CDCCS nhiều lớp cũng có những hạn chế là giá thành của chúng cao hơn do đòi hỏi phải sản xuất bằng những loại máy móc đặc biệt với thời gian chậm hôn.