Chương 1: Đặt vẫn để dính hiệu quả của tấm FRP. Tuy nhiên chiều dài bám dính hiệu quả từ các công thức tính cho kết quả nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dài bám dính hiệu quả từ thực nghiệm và theo tiêu chuân CNR-DT 200-2013. Thực tế này cho thấy rất cần có thêm nhiều nghiên cứu thực nghiệm mới dé có thé giúp làm sáng tỏ hon van đề vừa néu. Cho đến thời điểm hiện tai, qui luật bám dính giữa tam gia cường FRP và bê tông vẫn chưa được rõ ràng và vì vậy chưa được công bồ chính thức trong các hướng dẫn hay tiêu chuẩn thiết kế.
Vì vậy, việc xây dựng được một qui luật bám dính - trượt hợp lý giữa tắm gia cường FRP và bê tông có xét đến ảnh hưởng của cường độ bê tông và chiều dài dán sẽ giúp cho việc phân tích và tính toán trên kết câu gia cường trở nên chính xác hơn và đồng thời đảm bảo được tính kinh tế. Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố chiều dài đán tam FRP, cường độ bê tông và độ cứng tam FRP đến ứng xử bám dính trượt của tam FRP và bê tông có cường độ chịu nén thay đôi từ 30 đến 90 MPa. Một chương trình thực nghiệm được tiến hành trên 18 mẫu với bê tông có cường độ thay đổi như đã đề cập với 3 chiêu dai dán của tâm FRP khác nhau lần lượt 200, 250 và 300 mm. Các loại tam FRP được sử dụng trong chương trình thực nghiệm gồm tâm sợi các bon (CFRP) và sợi thủy tinh (GFRP).
Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm và các nghiên cứu hiện có, tác gia dé xuất một mô hình bám dính giữa tim FRP và bê tông, và công thức tinh chiều dài bám dính hiệu quả. Mô hình và công thức này sẽ được kiểm chứng với một số mô hình và công thức hiện có trong các nghiên cứu của các tác gia. Sau đó, tính hợp lý của một số mô hình và công thức đề xuất được kiểm chứng thông qua một thư viện dữ liệu thực nghiệm đủ rộng và tổng quát. Mức độ chính xác của một sô mô hình và công thức được so sánh với một sô các mô hình tiêu biêu hiện có.
Trang 2 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu CHƯƠNG 2. TONG QUAN NGHIÊN CỨU 2. Sơ lược về vật liệu FRP FRP là vật liệu liên hợp câu tạo từ 2 phân chính vật liệu nên (chât nên — polymer) và vật liệu côt (sợi — fiber). Chat nên có chức năng liên két các sợi, phân phôi lực đông đêu giữa các sợi và bảo vệ các sợi khỏi sự xâm thực của các tác động bât lợi từ môi trường.
Soi có chức năng gia cường, là phân chịu lực chính của vật liệu FRP. Vật liệu sợi gôm hàng ngàn sợi nhỏ (đường kính khoảng vài ym); các sợi liên tục với chiều dài không giới hạn thường dùng trong kết câu xây dựng còn các sợi ngăn (chiều dai 10— 50w: ) thường dùng để phủ lên tàu thủy. Soi chiếm tỷ lệ lớn về khối lượng trong FRP hon so với vật liệu nền (khoảng 60~70%). Các tính chất cơ học đ ac trưng cua soi đều tốt hơn chat nên.
Tuy nhiên, sợi không thể sử dụng độc lập được mà phải sử dụng chung với chất nền để có thê phát huy các đặc tính tốt của nó. Vật liệu sợi gôm 3 loại chính: sợi thủy tinh; sợi các-bon; và sợi aramid. Ngoài ra, còn có các loại sợi khác như UHMW (ultrahigh-molecular-weight), PVA (polyvinyl alcohol). Soi thủy tinh có thành phan chủ yếu là SiO, (chiếm 50%-70% về khối lượng FRP) gôm các loại sợi: E, A, C, AR, S có đường kính ¢=3-—24um (thường là 17um) với các tính chất vật lý như có màu trắng sáng hoặc màu mắt rắn; được sản xuất ở nhiệt độ khoảng 1400°C với một lớp bề mặt (gọi là sizing); sợi thủy tinh cách điện, cach nhiệt rất tốt, không quá đắt; tuy nhiên có một số nhược điểm như bị xâm thực trong môi trường muối, kiềm; bị mỏi khi tải trọng đạt > 60% tải trọng tới hạn.
Về tính chất cơ học, sợi thủy tinh là vật liệu đăng hướng. Tính chất cơ học của sợi được tổng hợp trong Bảng 2.1: Tinh chất cơ lý của các lớp sợi thủy tinh Loại sợi thủy Khối lượng Module dan | Cường độ chịu | Biến dạng tối tinh riêng (g/cm’) | hồi kéo (GPa) | kéo (MPa) đa (%) E 2.47 88 4600 3 Trang 3 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu Soi các-bon thường được dùng trong các ứng dụng của kỹ thuật công trình dưới dạng là các tâm đan, đệt, các day, dây gan gom các lớp soi: SM (standard modulus), IM (intermediate modulus), HS (high strength), UHM (ultrahigh modulus) có đường kính ¢=5-10um với các tinh chat vật lý như có màu đen; được sản xuất ở nhiệt độ cao khoảng 1200—2400°C cũng có một lớp bề mặt như sợi thủy tinh; sợi các-bon không bị xâm thực bởi môi trường; có hệ số giản nở do nhiệt theo chiều dọc rất thấp, hầu như không có; tuy nhiên có một số nhược điềm như sợi các-bon dẫn điện và dẫn nhiệt; đồng thời giá thành cao. Tính chất cơ học của sợi được tổng hợp trong Bảng 2.2: Tính chất cơ lý của các lớp sợi các-bon "¬ L. Moduleđàn | Cường độ chịu | Biến dạng tối Loại sợi các- Khôi lượng hea , im hôi kéo kéo đa bon riêng (g/cm? ) (GPa ) (MPa ) (%) Standard 1.2 modulus Soi Aramid được dùng dé quan cột, hoặc tao thành lớp áo ở bên ngoài kết cấu với các tính chất vật lý như có màu vàng: hệ số giản nở do nhiệt theo chiêu dọc hầu như không có; khá nhẹ với khối lượng riêng 1.4g/cø” tuy nhiên sợi Aramid có một số nhược điểm như nhiệt độ nóng chảy thập (khoảng 425°C); giá thành cao; độ hút âm cao (khoảng 6% về trọng lượng).
Về tính chất cơ học, sợi Aramid rất bên, phụ thuộc vào loại của sợi thì cường độ khoảng 3400—4100(A⁄Pa) với module đàn hồi khoảng 70. Trang 4 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu Hình 2.1: Tam sợi các-bon thô Hình 2.2: Tắm sợi các-bon theo phương đọc với các sợi Aramid theo phương ngang Tính chất cơ lý của vật liệu nên (Polymer): có độ rỗng <1%; nhiệt độ sử dụng <180°C, khi nhiệt độ sử dụng cao hơn nhiệt độ nóng chảy thì cường độ và module của chất nên lẫn FRP đều giảm, chất nền trở nên gion va xuất hiện nhiều vết nút; chất nền không có khả năng chống cháy; không bị xâm thực bởi môi trường. Gồm 5 loại chất nền chính: Polyester, Exposy, Vinylester, Phenolic, Polyurethane. Ngoài ra, còn có các lại chất nền khác như: PET, Polypropylene, nylon.
Vé tính chất cơ học, chất nên là vật liệu đăng hướng. Các tính chất cơ học đặc trưng của chất nền được trình bày trong Bảng 2.3: Tính chat cơ lý của chat nền Khối lượng | Moduleđàn | Cường độ chịu | Biến dạng tối Chất nên riêng hồi kéo kéo đa g/cm GPa MPa % Polyester 1.9 Trang 5 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu Bảng 2.4: So sánh cường độ kéo, modul kéo giữa FRP và thép Vật liệu Cường độ kéo(MPa) Modul kéo (MPa) Carbon-Epoxy strip(SM) 2.000 Carbon-Epoxy strip(HM) 1.000 Glass-Epoxy strip 900 41.000 Carbon tow sheet(SM) 3.00 Carbon tow sheet(HM) 3.000 Carbon HS 6000 — oS E¬, = 4000 — Me = Carbon HM Aramid op T Glass 2000 —] Steel tendons ln Ste l bar Ũ 2 3 4 5 Biên dang (%) Hình 2. Quan hệ giữa ứng suất - bién dạng của vật liệu FRP và thép Đề tạo ra vật liệu FRP có hai phương pháp chính: phương pháp Pultrusion sản xuất tại nhà máy và phương pháp Hand layup sản xuất tại công trình. Với phương pháp Pultrusion, sản xuất ra các sản phẩm FRP dạng thanh, dãy, bar, sợi.
Với phương pháp Hand Layup, sợi khô sẽ được tam keo rồi dán lên bẻ mặt kết câu; lúc đó keo vừa là chất nên trong FRP vừa là chất kết dính FRP và bề mặt kết câu. Trang 6 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu a) (b) (d) (c) Hình 2. Các dang FRP được sử dung hiện nay: (a) tắm; (b) cuộn; (c) thanh; (đ) dạng chế tạo săn; (e) dạng băng 2.2 Tong quan mô hình bám dính (bond stress-slip relationship) Bám dính là thuật ngữ dùng để chỉ sự tương tác và chuyên giao lực giữa tâm FRP và bê tông, là yếu tố cơ ban đảm bảo sự làm việc chung giữa bê tông và tâm FRP. Nhờ nó ứng suất có thé truyền qua lại giữa bê tông và FRP, đồng thời làm cho chúng làm việc cùng nhau.
Luc bám dính giữa bê tong và tam FRP quyết định đến hiệu quả gia cường của tâm FRP và vì vậy ảnh hưởng mạnh đến ứng xử và khả năng chịu lực của kết cấu. Sự làm việc chung giữa tâm FRP và bê tông có thể miêu tả qua Hình 2. FRP Sone Ø/(Xì — ke. SSSR sreeSSeS at Ox) +dar(x) x a(x) “7 Concrete F> s.
Mô hình bam dính trượt Trang 7 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu Một số quan hệ bám dính — trượt giữa tắm FRP và bê tông đơn giản thường được sử dụng trong phân tích và tính toán trước đây như đơn tuyến tính, song tuyến tính và mềm hóa (Nakaba và cộng sự, 2001) được thé hiện trên Hình 2. Bond stress Bond stress Ậ (a) Cut off type Ậ (b) Bilinear type Slip Slip Bond stress Ậ (c) Tesile softening type > > Slip Hình 2.6: Một số quan hệ ứng suất bam dính — trượt theo Nakaba và cộng sự (2001) Các yếu tố ảnh hưởng đến quan hệ ứng suất bám dính — trượt của tắm FRP với bê tông có thê kê gồm: loại tâm; cường độ bê tông; hàm lượng tâm; chiều dài và bé mặt bám dính. Các nghiên cứu liên quan đên ứng xử bám dính - trượt của tắm FRP và bê tông Taljsten (1997) khảo sát thực nghiệm kéo một mặt mẫu bê tông dán tâm CFRP và so sánh với trường hợp mẫu được dán tâm thép. Các tham số khảo sát bao gồm: 3 loại cường độ chịu kéo của bê tông (3.3MPa) và 4 chiều dài bám dính (100mm, 200mm, 300mm và 400mm).
Tác giả không dé xuất chiều dai bám dính tới hạn nhưng khăng định chiều dài neo của tâm lớn hơn chiều dài ảnh hưởng (300mm) cũng không làm tăng khả năng bám dính của tâm. Miller và Nani (1999), Lorenzis và cộng sự (2001) khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê tông (47.5 MPa), chiều dài bám dính (101mm, 203mm và 305mm) và chiều dày tam CFRP (0.32mm) đến kha năng bám dính của tấm. Chương trình thực nghiệm được tiến hành trên 18 mẫu (Hình 2. Kết qua cho thay chiều dài bám dính, cường độ bê tông và bê rộng tam không Trang 8 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu ảnh hưởng đến tai trong phá hoại, tuy nhiên, chiều dày tam CFRP anh hưởng đến tai trọng phá hoại.
