Đánh Giá Đặc Tính Bám Dính Của Cốt Phi Kim GFRP Với Bê Tông Cát Nhiễm Mặn

• Tác giả: Nguyễn Thanh Bình
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Long
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Đặc tính bám dính của cốt phi kim GFRP với bê tông cát-nước nhiễm mặn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.2. VẬT LIỆU CẮT THANH PHI KIM
• 1.3. MÔ HÌNH ỨNG SUẤT BÁM DÍNH CHO THANH FRP VÀ BÊ TÔNG HIỆN CÓ
• 1.3.1. Mô hình ứng suất bám dính và trượt cho thanh FRP và bê tông
• 1.3.2. Sự phân bố ứng suất theo sự phân bể của biến dạng theo chiều dài thanh FRP
• 1.3.3. Ứng suất bám dính của thanh FRP với bê tông theo các tiêu chuẩn thiết kế
• 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2.1. ĐẶC ĐIỂM NGHIÊN CỨU
• 2.2. PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM
• 2.2.1. KHẢO SÁT VÀ XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG CÁT-1 NHIỄM MẶN
• 2.2.2. CƯỜNG ĐỘ THANH GFRP
• 2.2.3. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU THÍ NGHIỆM KÉO BOND-SLIP TEST
• 2.2.3.1. Quy trình chế tạo mẫu thí nghiệm
• 2.2.3.2. Mẫu thí nghiệm và gia tải
• 2.2.4. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT THÍ NGHIỆM KÉO BOND-SLIP TEST
• 2.2.4.1. Kết quả thí nghiệm
• 2.2.4.2. Kiểu phá hủy
• 2.2.4.3. Quan hệ ứng suất bám dính và trượt
• 2.2.4.4. Biến dạng thanh GFRP và sự phân bố ứng suất bám dính trên chiều dài neo thanh GFRP trong bê tông
• 2.3. PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT
• 2.3.1. KIỂM CHỨNG VÀ CHỈNH GIÁ ỨNG SUẤT BÁM DÍNH CỦA THANH FRP VỚI BÊ TÔNG THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
• 2.3.1.1. Công thức ứng suất bám dính theo các tiêu chuẩn thiết kế
• 2.3.1.2. Nhập vào ứng suất bám dính theo các tiêu chuẩn thiết kế
• 2.3.2. KIỂM CHỨNG VÀ CHỈNH GIÁ CÁC MÔ HÌNH ỨNG SUẤT BÁM DÍNH CHO THANH FRP VỚI BÊ TÔNG
• 2.3.2.1. Mô hình ứng suất bám dính và trượt cho thanh FRP với bê tông
• 2.3.2.2. Kiểm chứng và chỉnh giá ứng suất bám dính và trượt
• 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC: SẢN PHẨM THÍ NGHIỆM

I. Tổng Quan Về Đánh Giá Bám Dính GFRP Trong Bê Tông

Bến Tre, một tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long, đối mặt với thách thức lớn từ xâm nhập mặn. Tình trạng này ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng công trình xây dựng do ăn mòn cốt thép trong bê tông. Việc thiếu nước ngọt và nguồn cung cấp cát cũng làm tăng thêm khó khăn. Nghiên cứu về khả năng bám dính của cốt phi kim GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) trong bê tông cát nhiễm mặn trở nên cấp thiết để tìm kiếm giải pháp thay thế vật liệu truyền thống, đảm bảo tuổi thọ công trình biển. Việc đánh giá chất lượng bê tông sử dụng GFRP cốt sợi thủy tinh trong môi trường nhiễm mặn là yếu tố then chốt để xây dựng các công trình bền vững.

1.1. Tầm quan trọng của Bám dính trong Bê tông cốt GFRP

Khả năng bám dính giữa cốt GFRP và bê tông là yếu tố quyết định đến khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu. Độ bám dính kém có thể dẫn đến trượt cốt, giảm khả năng chịu tải và gây nứt nẻ bê tông. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá và cải thiện độ bám dính của GFRP cốt sợi thủy tinh trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường nhiễm mặn, nơi mà sự ăn mòn cốt thép là một vấn đề nghiêm trọng. Sử dụng GFRP có thể làm tăng độ bền liên kết bê tông cốt thép.

1.2. Thách thức từ Bê tông cát nhiễm mặn ở Bến Tre

Bến Tre, với địa hình sông nước chằng chịt và bờ biển dài, đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi xâm nhập mặn. Việc sử dụng cát nhiễm mặn trong sản xuất bê tông làm tăng nguy cơ ăn mòn cốt thép, giảm độ bền và tuổi thọ công trình. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc tìm kiếm các giải pháp vật liệu và kỹ thuật xây dựng phù hợp, trong đó GFRP cốt sợi thủy tinh nổi lên như một lựa chọn tiềm năng. Hàm lượng muối trong bê tông cần được kiểm soát để đảm bảo chất lượng.

II. Vấn Đề Ăn Mòn Cốt Thép Giải Pháp Từ GFRP

Môi trường biển khắc nghiệt thúc đẩy quá trình ăn mòn cốt thép, gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho kết cấu bê tông. Việc sử dụng cốt thép FRP như GFRP được xem là một giải pháp hiệu quả để khắc phục vấn đề này, bởi vật liệu FRP có khả năng chống ăn mòn vượt trội so với thép truyền thống. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của GFRP cốt sợi thủy tinh trong việc giảm thiểu tác động của môi trường bê tông nhiễm mặn, đồng thời tăng cường độ bền liên kết bê tông cốt thép. Giải pháp chống ăn mòn là yếu tố then chốt để bảo vệ các công trình.

2.1. Ưu điểm vượt trội của vật liệu GFRP so với Cốt thép

GFRP cốt sợi thủy tinh sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với cốt thép truyền thống, đặc biệt là khả năng chống ăn mòn, trọng lượng nhẹ, và độ bền kéo cao. Sử dụng GFRP giúp giảm chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ công trình trong môi trường biển. Việc thay thế thép bằng cốt thép FRP là một xu hướng tất yếu để xây dựng các công trình bền vững và hiệu quả.

2.2. Nghiên cứu về Bê tông cốt sợi thủy tinh trong môi trường biển

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của bê tông cốt sợi thủy tinh trong môi trường biển. GFRP không bị ăn mòn bởi muối biển và các hóa chất khác, giúp duy trì tính toàn vẹn của kết cấu. Nghiên cứu này tiếp tục khám phá các khía cạnh khác nhau của GFRP cốt sợi thủy tinh, bao gồm khả năng bám dính cốt phi kim trong bê tông nhiễm mặn và hiệu quả của các phương pháp xử lý bề mặt để tăng cường độ bám dính.

2.3. Bê tông mác cao và Khả năng chống thấm

Sử dụng bê tông mác cao kết hợp với GFRP cốt sợi thủy tinh là một giải pháp hiệu quả để tăng cường khả năng chống thấm và độ bền của kết cấu trong môi trường biển. Bê tông mác cao có cấu trúc đặc chắc hơn, giảm khả năng xâm nhập của muối và các chất gây ăn mòn, bảo vệ cốt thép FRP khỏi tác động tiêu cực của môi trường. Cần xem xét các tiêu chuẩn hiện hành như ASTM, ACI, và Eurocode.

III. Thí Nghiệm Kéo Nhổ Phương Pháp Đánh Giá Bám Dính GFRP

Thí nghiệm kéo nhổ (pull-out test) là một phương pháp phổ biến để thí nghiệm bám dính và đánh giá khả năng bám dính cốt phi kim GFRP trong bê tông. Phương pháp này cho phép xác định lực kéo cần thiết để nhổ cốt thép ra khỏi khối bê tông, từ đó đánh giá độ bền liên kết bê tông cốt thép. Kết quả thí nghiệm cung cấp thông tin quan trọng về ứng suất trượt bám dính và mô hình bám dính giữa GFRP và bê tông. Phương pháp thử nghiệm này được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và kiểm định chất lượng.

3.1. Quy trình Thí nghiệm kéo nhổ theo tiêu chuẩn ASTM và ACI

Thí nghiệm kéo nhổ cần được thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM D7916 hoặc ACI 440.3R để đảm bảo tính chính xác và tin cậy của kết quả. Quy trình thí nghiệm bao gồm chuẩn bị mẫu, lắp đặt thiết bị, gia tải và thu thập dữ liệu. Các thông số quan trọng cần đo lường bao gồm lực kéo, độ trượt và biến dạng của cốt thép. Tiêu chuẩn bám dính cần được tuân thủ nghiêm ngặt.

3.2. Phân tích kết quả Thí nghiệm Ứng suất trượt và Độ trượt

Kết quả thí nghiệm kéo nhổ cho phép xác định ứng suất trượt bám dính và độ trượt giữa GFRP và bê tông. Ứng suất trượt thể hiện khả năng truyền lực giữa hai vật liệu, trong khi độ trượt thể hiện mức độ dịch chuyển tương đối giữa chúng. Phân tích các thông số này giúp hiểu rõ cơ chế bám dính và đánh giá hiệu quả của các biện pháp cải thiện độ bám dính. Phân tích FEM có thể hỗ trợ trong việc mô hình hóa quá trình bám dính.

IV. Mô Hình Hóa Bám Dính GFRP Giải Pháp Phần Mềm FEM

Mô hình bám dính là công cụ hữu ích để dự đoán và phân tích khả năng bám dính cốt phi kim GFRP trong bê tông. Các mô hình này thường dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng ứng xử của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng. Phân tích FEM cho phép đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến độ bám dính, chẳng hạn như mác bê tông, đường kính cốt thép, và điều kiện môi trường. Các mô hình này đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và đánh giá chất lượng bê tông cốt GFRP.

4.1. Các Mô hình Bám Dính phổ biến cho Bê tông cốt GFRP

Có nhiều mô hình bám dính khác nhau được phát triển cho bê tông cốt sợi thủy tinh, mỗi mô hình có những ưu điểm và hạn chế riêng. Một số mô hình phổ biến bao gồm mô hình BPE (Bilinear-Parabolic-Exponential), mô hình CMR (Cairns-Mendes-Ramos), và các mô hình dựa trên lý thuyết cơ học phá hủy. Việc lựa chọn mô hình phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của vật liệu và điều kiện tải trọng.

4.2. Sử dụng Phần mềm FEM để Mô phỏng Bám Dính GFRP

Các phần mềm FEM như ANSYS, ABAQUS, và COMSOL Multiphysics cung cấp các công cụ mạnh mẽ để mô phỏng mô hình bám dính giữa GFRP và bê tông. Sử dụng phần mềm FEM cho phép phân tích chi tiết ứng suất và biến dạng trong kết cấu, từ đó đánh giá chính xác khả năng bám dính cốt phi kim và dự đoán khả năng chịu lực của công trình.

V. Kết quả nghiên cứu Ảnh Hưởng của Mặn đến Bám Dính GFRP

Nghiên cứu này cho thấy cát nhiễm mặn có ảnh hưởng nhất định đến khả năng bám dính cốt phi kim GFRP. So với bê tông sử dụng cát ngọt, bê tông sử dụng cát nhiễm mặn có độ bám dính giảm nhẹ. Tuy nhiên, việc tăng cường mác bê tông và sử dụng cốt GFRP đường kính lớn hơn có thể bù đắp sự suy giảm này. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc thiết kế và thi công các công trình bê tông cốt sợi thủy tinh trong môi trường biển.

5.1. So sánh Độ Bám Dính GFRP trong bê tông nhiễm mặn và không nhiễm mặn

Thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng của muối đến bám dính là có nhưng không quá lớn. Sự khác biệt về độ bám dính giữa bê tông sử dụng cát nhiễm mặn và cát ngọt không đáng kể, đặc biệt khi sử dụng cốt GFRP đường kính lớn. Điều này cho thấy GFRP có tiềm năng lớn trong việc thay thế thép trong môi trường biển.

5.2. Tối ưu hóa thiết kế Bê tông cốt GFRP trong môi trường biển

Để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của các công trình bê tông cốt sợi thủy tinh trong môi trường biển, cần tối ưu hóa thiết kế kết cấu, lựa chọn vật liệu phù hợp, và tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế. Việc sử dụng bê tông mác cao, cốt GFRP đường kính lớn, và các biện pháp chống thấm có thể giúp tăng cường độ bền liên kết bê tông cốt thép và giảm thiểu tác động của môi trường ăn mòn.

VI. Triển vọng tương lai Ứng dụng GFRP cho công trình biển

Việc ứng dụng GFRP cốt sợi thủy tinh trong xây dựng công trình biển mở ra nhiều triển vọng tươi sáng. GFRP không chỉ giúp giảm thiểu ăn mòn cốt thép mà còn có thể kéo dài tuổi thọ công trình biển, giảm chi phí bảo trì, và thân thiện hơn với môi trường. Nghiên cứu và phát triển các ứng dụng mới của vật liệu FRP trong xây dựng là hướng đi quan trọng để xây dựng các công trình bền vững và hiệu quả trong tương lai.

6.1. Các Ứng dụng tiềm năng của GFRP trong kết cấu hạ tầng biển

GFRP cốt sợi thủy tinh có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trong kết cấu hạ tầng biển, chẳng hạn như cầu cảng, đê chắn sóng, tường chắn đất, và các công trình ngoài khơi. Việc sử dụng GFRP giúp giảm chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ công trình, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

6.2. Nghiên cứu phát triển vật liệu FRP mới cho xây dựng bền vững

Nghiên cứu và phát triển các loại vật liệu FRP mới với đặc tính cơ học và hóa học vượt trội là hướng đi quan trọng để xây dựng các công trình bền vững và hiệu quả. Các vật liệu FRP mới có thể có khả năng chịu tải cao hơn, chống ăn mòn tốt hơn, và thân thiện hơn với môi trường. Việc hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư, và nhà sản xuất vật liệu là yếu tố then chốt để thúc đẩy sự phát triển của ngành xây dựng FRP.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển xây dựng bền vững và ứng dụng vật liệu mới, việc nghiên cứu tính bám dính của cốt phi kim GFRP (Glass Fibre Reinforced Polymer) với bê tông sử dụng cát nhiễm mặn có ý nghĩa thiết thực. Theo báo cáo ngành, bê tông sử dụng cát nhiễm mặn chiếm khoảng 5,2% giảm sức bám dính trung bình của thanh GFRP so với bê tông sử dụng cát ngọt, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu bê tông cốt thép. Mục tiêu nghiên cứu nhằm khảo sát và phân tích thực nghiệm tính bám dính của thanh GFRP trong bê tông làm từ cát nhiễm mặn và nước mặn, đồng thời kiểm chứng độ chính xác của các mô hình ứng suất bám dính hiện hành trong điều kiện này.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mẫu bê tông có cường độ chịu nén trung bình 25 MPa và 35 MPa, sử dụng thanh GFRP đường kính 12 mm và 16 mm, được thử nghiệm tại phòng thí nghiệm Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh trong năm 2020. Nghiên cứu góp phần cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình dự báo chính xác cho việc thiết kế và thi công kết cấu bê tông sử dụng vật liệu GFRP trong môi trường nhiễm mặn, đặc biệt phù hợp với các vùng ven biển như tỉnh Bến Tre, nơi nguồn cát ngọt khan hiếm và chi phí xây dựng tăng cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình ứng suất bám dính giữa thanh FRP và bê tông, bao gồm:

• Mô hình Malvar và cộng sự (1994): Mô tả quan hệ ứng suất bám dính - trượt theo hàm mũ, xác định ứng suất bám dính cực đại và sự phân bố ứng suất dọc chiều dài neo của thanh FRP.
• Mô hình BPE (Eligehausen và cộng sự, 1983): Mô hình ứng suất bám dính ± trượt với các tham số hiệu chỉnh dựa trên kết quả thực nghiệm, được hiệu chỉnh bởi Cosenza và cộng sự (1998) để phù hợp với thanh FRP.
• Mô hình CMR (Cosenza và cộng sự, 1997): Mô hình toán học mô tả đường cong ứng suất bám dính ± trượt dựa trên các tham số thực nghiệm, được sử dụng để dự báo chính xác hành vi bám dính của thanh FRP trong bê tông.
• Các khái niệm chính: Ứng suất bám dính trung bình và cực đại, độ trượt (slip), chiều dài neo, ảnh hưởng của đường kính thanh GFRP, cường độ bê tông và đặc tính bề mặt thanh FRP.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là kết quả thí nghiệm kéo tách (pull-out test) trên 24 mẫu bê tông gồm 4 tổ hợp chính: bê tông cát nhiễm mặn và cát sạch, mỗi loại có cường độ chịu nén 25 MPa và 35 MPa, sử dụng thanh GFRP đường kính 12 mm và 16 mm. Mỗi tổ hợp gồm 6 mẫu thử, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

Phương pháp chọn mẫu theo tiêu chuẩn ASTM D3916-94D (1996) và ASTM C157/C157M (2017) cho bê tông và vật liệu FRP. Phân tích dữ liệu sử dụng các mô hình ứng suất bám dính hiện hành (ACI 440.1R-15, CSA-S806-02, JSCE 1997) để so sánh và đánh giá độ chính xác dự báo. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 12 năm 2020, bao gồm giai đoạn chuẩn bị mẫu, thí nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của cát nhiễm mặn đến ứng suất bám dính: Ứng suất bám dính trung bình của thanh GFRP trong bê tông sử dụng cát nhiễm mặn giảm khoảng 5,2% so với bê tông sử dụng cát sạch. Mức giảm này rõ rệt hơn với thanh GFRP đường kính 12 mm so với 16 mm.

2. Ảnh hưởng của cường độ bê tông: Khi tăng cường độ bê tông từ 25 MPa lên 35 MPa (tương đương 31,5 MPa thực tế), ứng suất bám dính trung bình của thanh GFRP đường kính 12 mm tăng 20,7%, trong khi thanh 16 mm chỉ tăng nhẹ khoảng 6%.

3. Ảnh hưởng đường kính thanh GFRP: Việc tăng đường kính thanh từ 12 mm lên 16 mm làm tăng ứng suất bám dính trung bình khoảng 11%. Ứng suất bám dính cực đại của thanh GFRP trong bê tông cao hơn trung bình 1,82 lần, trong khi độ trượt cực đại lớn hơn trung bình 2,2 lần.

4. Đánh giá mô hình dự báo: Các mô hình ACI 440.1R-15 (2015) và CSA-S806-02 (2002) dự báo ứng suất bám dính trung bình gần sát với kết quả thực nghiệm, sai số trong khoảng ±5%. Đường cong ứng suất bám dính ± trượt dự báo từ mô hình mBPE cũng phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, cho thấy khả năng ứng dụng mô hình này trong thiết kế kết cấu bê tông sử dụng cát nhiễm mặn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân giảm ứng suất bám dính trong bê tông cát nhiễm mặn có thể do sự thay đổi tính chất bề mặt và cấu trúc vi mô của bê tông, ảnh hưởng bởi ion clorua và các muối khác trong cát và nước. Sự khác biệt về ảnh hưởng giữa các đường kính thanh GFRP phản ánh vai trò của diện tích tiếp xúc và phân bố ứng suất trên bề mặt thanh.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế cho thấy kết quả phù hợp với xu hướng giảm bám dính trong môi trường nhiễm mặn, tuy nhiên mức giảm trong nghiên cứu này thấp hơn một số báo cáo trước, có thể do điều kiện thí nghiệm và thành phần vật liệu khác biệt. Việc tăng cường độ bê tông giúp cải thiện đáng kể khả năng bám dính, đặc biệt với thanh nhỏ, cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn cấp phối bê tông phù hợp trong môi trường nhiễm mặn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh ứng suất bám dính trung bình theo từng nhóm mẫu và bảng tổng hợp các thông số thí nghiệm, giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường độ bê tông sử dụng cát nhiễm mặn: Khuyến nghị sử dụng bê tông có cường độ chịu nén tối thiểu 35 MPa để đảm bảo tăng ứng suất bám dính của thanh GFRP, giảm nguy cơ hư hỏng kết cấu trong môi trường ven biển. Thời gian áp dụng: ngay trong giai đoạn thiết kế và thi công.

2. Lựa chọn đường kính thanh GFRP phù hợp: Ưu tiên sử dụng thanh GFRP có đường kính lớn hơn 12 mm (ví dụ 16 mm) để tăng khả năng bám dính và độ bền kết cấu, đặc biệt trong các công trình chịu tải trọng lớn. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế và nhà thầu cung cấp vật liệu.

3. Áp dụng mô hình dự báo ứng suất bám dính chính xác: Sử dụng các mô hình ACI 440.1R-15 và CSA-S806-02 đã được kiểm chứng để tính toán và thiết kế neo thanh GFRP trong bê tông cát nhiễm mặn, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế. Thời gian áp dụng: trong quá trình thiết kế kết cấu.

4. Kiểm soát chất lượng vật liệu và thi công: Đảm bảo thành phần cát và nước sử dụng trong bê tông được kiểm tra nghiêm ngặt về hàm lượng muối, đồng thời giám sát quy trình thi công để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến tính bám dính. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và đơn vị giám sát.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Nhận được dữ liệu thực nghiệm và mô hình dự báo chính xác để thiết kế kết cấu bê tông sử dụng vật liệu GFRP trong môi trường nhiễm mặn, nâng cao độ bền và an toàn công trình.

2. Nhà thầu xây dựng: Áp dụng các giải pháp lựa chọn vật liệu và thi công phù hợp, giảm thiểu rủi ro hư hỏng do bám dính kém, tối ưu chi phí và tiến độ thi công.

3. Nhà nghiên cứu vật liệu xây dựng: Có cơ sở khoa học để phát triển thêm các loại vật liệu composite và bê tông thân thiện với môi trường ven biển, mở rộng ứng dụng vật liệu phi kim trong xây dựng.

4. Cơ quan quản lý và lập quy chuẩn: Tham khảo kết quả nghiên cứu để cập nhật tiêu chuẩn, quy định về sử dụng vật liệu GFRP và bê tông cát nhiễm mặn, đảm bảo phù hợp với điều kiện thực tế và yêu cầu kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao bê tông sử dụng cát nhiễm mặn lại ảnh hưởng đến tính bám dính của thanh GFRP?
   Ion clorua và các muối trong cát nhiễm mặn làm thay đổi cấu trúc vi mô và tính chất bề mặt của bê tông, làm giảm ma sát và liên kết giữa bê tông và thanh GFRP, dẫn đến giảm ứng suất bám dính khoảng 5,2%.

2. Đường kính thanh GFRP ảnh hưởng như thế nào đến tính bám dính?
   Thanh GFRP có đường kính lớn hơn (16 mm) có diện tích tiếp xúc lớn hơn, giúp tăng ứng suất bám dính trung bình khoảng 11% so với thanh 12 mm, cải thiện khả năng truyền tải lực và độ bền kết cấu.

3. Các mô hình dự báo ứng suất bám dính có chính xác không?
   Mô hình ACI 440.1R-15 và CSA-S806-02 đã được kiểm chứng với sai số nhỏ, phù hợp để dự báo ứng suất bám dính trung bình trong bê tông cát nhiễm mặn, hỗ trợ thiết kế kết cấu an toàn và hiệu quả.

4. Có nên tăng cường độ bê tông khi sử dụng cát nhiễm mặn không?
   Có, tăng cường độ bê tông từ 25 MPa lên 35 MPa giúp tăng ứng suất bám dính của thanh GFRP lên đến 20,7% với thanh 12 mm, giảm nguy cơ hư hỏng và kéo dài tuổi thọ công trình.

5. Làm thế nào để kiểm soát chất lượng bê tông sử dụng cát nhiễm mặn?
   Cần kiểm tra hàm lượng muối trong cát và nước, sử dụng cát có mô đun độ lớn phù hợp (khoảng 0,8 đến 1,33), đồng thời giám sát nghiêm ngặt quy trình trộn và thi công để đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng bê tông.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định rõ ảnh hưởng của cát nhiễm mặn đến tính bám dính của thanh GFRP trong bê tông, với mức giảm ứng suất bám dính trung bình khoảng 5,2%.
• Tăng cường độ bê tông và đường kính thanh GFRP là các yếu tố quan trọng giúp cải thiện khả năng bám dính và độ bền kết cấu.
• Các mô hình dự báo ứng suất bám dính hiện hành như ACI 440.1R-15 và CSA-S806-02 phù hợp và chính xác trong điều kiện bê tông cát nhiễm mặn.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và thi công kết cấu bê tông sử dụng vật liệu GFRP tại các vùng ven biển, góp phần phát triển xây dựng bền vững.
• Đề xuất áp dụng ngay các giải pháp tăng cường độ bê tông, lựa chọn thanh GFRP phù hợp và kiểm soát chất lượng vật liệu để nâng cao hiệu quả công trình.

Hành động tiếp theo: Các nhà thiết kế và thi công nên áp dụng kết quả nghiên cứu này trong các dự án thực tế, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng lâu dài của môi trường nhiễm mặn đến vật liệu GFRP và bê tông.