Vật liệu tăng cường dạng sợi cĩ mơ đun đàn hồi kéo và cường độ chịu kéo cao nhưng chịu uốn và nén rất kém; chất nền cĩ mơ đun đàn hồi và cường
độ thấp. Sự kết hợp giữa chúng tạo ra vật liệu với những tính chất cơ học tốt như cường độ cao, mơ đun đàn hồi lớn, cĩ khả năng chịu nén và chịu uốn.FRP là vật liệu phức hợp với chất nền là polymer và cốt sợi phổ biến là carbon, thuỷ tinh và a-ra-mít. Các đặc trưng cơ học của một loại FRP phụ
thuộc vào các yếu tố:
•Tỷ lệ tương đối giữa sợi và chất nền;
•Đặc trưng cơ học của các vật liệu hợp thành (sợi, chất nền, phụ gia); •Hướng phân bố của các sợi trong chất nền; và
•Phương pháp sản xuất.
1.2.1. Các tính chất vật lý của vật liệu polymer cốt sợi FRP
Khối lượng riêng của FRP (Bảng 1-1) khoảng 1200kg/m3 đến 2100 kg/m3, khoảng 1/4 đến 1/6 khối lượng riêng thép.
Bảng 1-1. Khối lượng riêng của FRP (103kg/m3) [34]
Thép thường GFRP CFRP AFRP
7.9 1.2÷2.1 1.5÷1.6 1.2÷ 1.5
FRP đơn hướng cĩ hệ số giãn nở vì nhiệt khác nhau theo phương dọc và phương ngang tùy thuộc vào loại sợi, chất nền, hàm lượng sợi nhưBảng 1-2.
Bảng 1-2. Hệ số giãn nở vì nhiệt của FRP, bê tơng và thép [34]
Hướng Hệ số giãn nở vì nhiệt, x 10 -6/oC
Dọc 6÷10 -1÷0 -6÷ -2 7÷11 11.7 Ngang 19÷23 22÷50 60÷80 7÷11 11.7
1.2.2. Cường độ chịu kéo[34]
FRP chịu kéo cĩ đường quan hệứng suất biến dạng tuyến tính cho đến khi phá hoại và đây là dạng phá hoại giịn (Hình 1-1).
Hình 1-1. Đường cong ứng suất-biến dạng điển hình của các loại FRP
[47][114]
Cường độ chịu kéo và mơ đun đàn hồi phụ thuộc các yếu tố như: loại sợi, hướng sợi, số lượng sợi, và phương pháp chế tạo tấm FRP. Cường độ và biến dạng của FRP được xác định bằng:
#∗ = #− 3> (1.1)
3 #∗ = 3 #− 3> (1.2)
Phương pháp này cho độ tin cậy 99.87% mẫu cĩ cường độ vượt quá cường độ thiết kế. Mơ đun đàn hồi được xác định tại biến dạng tương đối từ
0.003 đến 0.006 theo ASTM D3039.
1.2.3.Các tính chất dài hạn
Phần lớn các loại FRP sử dụng trong kết cấu xây dựng đều cĩ khả năng chịu tải trọng mỏi tốt hơn so với thép, đặc biệt vật liệu sợi carbon thể hiện các
đặc tính chịu tải trọng mỏi rất tốt. Hình 1-2 biểu diễn các đường cong mỏi
điển hình cho các loại CFRP và GFRP. Cĩ thể thấy rằng ứng xử mỏi của sợi carbon vượt trội hơn hẳn do cĩ ảnh hưởng của mơ đun đàn hồi của sợi đến tuổi thọ chịu mỏi. Sợi thủy tinh nhạy cảm với dạng phá hoại đứt gãy do mỏi hơn so với sợi carbon . Hình 1-2. Đường cong tuổi thọ mỏi của các loại FRP với các loại sợi khác nhau[134] 1.2.4. Độ bền Tính chất cơ học của FRP giảm dưới tác động của các yếu tố mơi trường bao gồm: nhiệt độ cao, độẩm, chất hĩa học. Điều kiện mơi trường, tác
động lâu dài, loại chất nền, loại sợi, phương pháp chế tạo là các yếu tố ảnh hưởng đến sự giảm tính chất cơ học của vật liệu sợi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.3. Các ứng dụng của FRP
Các ứng dụng chính của FRP bao gồm: sửa chữa – tăng cường kết cấu; làm cốt cho bê tơng; và làm khung chịu lực chính.
1.3.1. FRP sửa chữa – tăng cường kết cấu
FRP cĩ ba dạng chính để sửa chữa – tăng cường kết cấu là: dạng tấm cứng (thẳng dùng cho dầm, sàn và cong dùng cho cột trịn), dạng tấm sợi và dạng thanh chữ nhật hoặc trịn (NSM).
FRP cĩ thể sử dụng sửa chữa – tăng cường kết cấu cầu và nhà cửa chịu tải trọng tĩnh và tải trọng động: dầm, sàn bê tơng chịu uốn; dầm bê tơng chịu cắt và nâng cao khả năng chịu lực và độ dẻo dai của cột bê tơng (Hình 1-3).
a) b) c) d) e) g) Hình 1-3. FRP sửa chữa – tăng cường kết cấu a) Lắp đặt tấm cứng FRP tăng cường chịu uốn cho dầm. b) Lắp đặt tấm sợi FRP tăng cường chịu uốn cho dầm c) Lắp đặt tấm sợi FRP tăng cường chịu cắt cho dầm d) Lắp đặt thanh FRP chữ nhật hoặc trịn (NSM) tăng cường chịu uốn
cho sàn
e) Lắp đặt tấm sợi FRP cho cột mặt cắt trịn
g) Lắp đặt FRP dạng tấm mỏng cĩ khả năng uốn cong cho cột mặt cắt trịn