Nghiên Cứu Sử Dụng Bê Tông Cốt Lưới Dệt Để Tăng Cường Kết Cấu Sàn Bê Tông Cốt Thép

• Tác giả: Nguyễn Việt Đức
• Người hướng dẫn: PGS. TS Ngô Đăng Quang
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Tăng Cường Kết Cấu Sàn Bê Tông Cốt Thép Bằng Bê Tông Cốt Lưới Dệt
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP
• 1.1. CÔNG NGHỆ BỌC ÁO BÊ TÔNG CỐT THÉP (RC JACKETING)
• 1.2. PHƯƠNG PHÁP DÁN BẢN THÉP NGOÀI
• 1.3. CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG VẬT LIỆU POLYMER CỐT SỢI DÁN NGOÀI (FRP)
• 1.4. CÔNG NGHỆ DỰ ỨNG LỰC NGOÀI
• 1.5. CÔNG NGHỆ TĂNG CƯỜNG SÀN BTCT BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG SÀN BTCT BẰNG TRC
• 2.1. GIỚI THIỆU VẬT LIỆU TRC
• 2.1.1. Một số đặc tính cơ học của bê tông cốt lưới dệt phục vụ mục tiêu gia cường kết cấu
• 2.1.2. Bê tông hạt mịn
• 2.1.3. Lưới sợi dệt
• 2.1.4. Đặc tính dính bám giữa lưới sợi dệt với bê tông hạt mịn
• 2.1.5. Đặc tính dính bám giữa TRC và bê tông thường
• 2.2. Một số nghiên cứu về tăng cường sàn BTCT bằng TRC
• 2.3. ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA MỘT SỐ DẠNG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI
• 2.4. GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG CHO SÀN BTCT LÀM VIỆC 1 PHƯƠNG
• 2.5. GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG CHO SÀN BTCT LÀM VIỆC 2 PHƯƠNG
• 2.6. GIẢI PHÁP THI CÔNG TĂNG CƯỜNG SÀN BTCT BẰNG TRC
• 2.6.1. Sửa chữa kết cấu nền và chuẩn bị bề mặt
• 2.6.2. Thi công TRC
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC VÀ ỨNG XỬ CHỊU UỐN CỦA SÀN BTCT ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG TRC
• 3.1. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG UỐN CỦA SÀN BTCT ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG TRC
• 3.1.1. Mô hình tính toán lý thuyết
• 3.1.2. Ví dụ tính toán kiểm chứng
• 3.2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SỐ
• 3.2.1. Kỹ thuật mô phỏng
• 3.2.2. Kết quả mô phỏng
• 3.3. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT THAM SỐ
• 3.3.1. Tính toán trên phần mềm Response 2000
• 3.3.2. Hàm lượng cốt lưới sợi
• 3.3.3. Hàm lượng cốt thép sàn
• 3.3.4. Cường độ bê tông sàn
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN TĂNG CƯỜNG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT
• 4.1. HIỆN TRẠNG KẾT CẤU
• 4.2. KẾT CẤU SÀN SAU KHI TĂNG CƯỜNG
• 4.2.1. Trường hợp 1: Tăng cường không sử dụng đà giáo nâng sàn để thi công
• 4.2.2. Trường hợp 2: Tăng cường có sử dụng đà giáo nâng sàn để thi công
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Giải Pháp Tăng Cường Sàn Bê Tông Cốt Thép Hiện Nay

Kết cấu sàn bê tông cốt thép (BTCT) được sử dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tuy nhiên, sau nhiều năm sử dụng, nhiều công trình BTCT bị xuống cấp do tác động của môi trường và tải trọng. Do đó, cần có các giải pháp gia cường sàn bê tông cốt thép hiệu quả. Hiện nay, có nhiều công nghệ sửa chữa, tăng cường kết cấu sàn BTCT đã được ứng dụng tại Việt Nam, bao gồm: công nghệ bọc áo bê tông cốt thép (reinforced concrete jacketing), dán bản thép, dự ứng lực ngoài, dán bằng vật liệu polymer cốt sợi FRP (fiber reinforced polymer). Các công nghệ này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng trường hợp cụ thể. Việc lựa chọn phương pháp gia cố kết cấu phù hợp cần dựa trên đánh giá kỹ lưỡng về tình trạng công trình, yêu cầu kỹ thuật và chi phí.

1.1. Công nghệ bọc áo bê tông cốt thép RC Jacketing

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là bổ sung thêm cốt thép ngoài để tham gia chịu lực cùng kết cấu bê tông cốt thép cũ. Sau đó, bê tông được phun để tạo lớp áo dày bảo vệ lớp mặt bê tông cũ, bảo vệ lớp cốt thép mới và cùng tham gia chịu lực. Sự truyền nội lực từ phần kết cấu cũ sang lớp bê tông cốt thép mới được đảm bảo nhờ sự dính bám trên bề mặt kết cấu và thông qua cốt thép. Tuy nhiên, biện pháp này có một số nhược điểm như nứt do co ngót, yêu cầu thiết bị kỹ thuật lớn, hao hụt vật liệu và tăng tải trọng sàn.

1.2. Phương pháp dán bản thép ngoài gia cường sàn BTCT

Phương pháp này sử dụng các bản thép dán lên bề mặt bê tông bằng keo để sửa chữa hoặc tăng cường cấu kiện cũ. Các tấm thép, dải thép được dán lên bền mặt bê tông, thường ở vùng chịu kéo của mặt cắt (phía đáy sàn). Mục đích chính là khôi phục hoặc tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu, thay thế các cốt thép đã bố trí không đủ hoặc sai vị trí cần thiết. Ưu điểm của phương pháp này là dễ thi công, chi phí thấp, tĩnh tải tăng lên ít. Tuy nhiên, khả năng chịu lực khó kiểm soát, bản thép dễ bị gỉ và cần chế tạo theo bề mặt bê tông của cấu kiện cũ.

II. Vật Liệu Bê Tông Cốt Lưới Dệt TRC Cho Gia Cường Sàn

Bê tông cốt lưới dệt (Textile Reinforced Concrete – TRC) là một loại vật liệu mới, cấu thành từ hai thành phần chính là lưới sợi dệt và bê tông hạt mịn. Lưới sợi dệt được làm từ những sợi nhỏ, có nguồn gốc từ các bon hoặc thủy tinh, được bó lại thành các bó nhỏ. Sau đó, các bó sợi được dệt thành tấm lưới và đặt vào bê tông hạt mịn thay thế thép làm cốt. Bê tông cốt lưới dệt có nhiều ưu điểm như cường độ cao, trọng lượng nhẹ và rất bền vững với môi trường. Một số nghiên cứu trên thế giới cho thấy, bê tông cốt lưới dệt đặc biệt phù hợp cho việc tăng cường, sửa chữa các công trình cũ, nhất là các công trình yêu cầu cao về chống ăn mòn, hoặc sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.

2.1. Ưu điểm vượt trội của bê tông cốt lưới dệt TRC

Bê tông cốt lưới dệt (TRC) sở hữu nhiều ưu điểm so với các vật liệu gia cường truyền thống. TRC có cường độ chịu kéo cao, khả năng chống ăn mòn tốt, trọng lượng nhẹ, và dễ dàng thi công. Đặc biệt, TRC có thể được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, và hóa chất. Theo nghiên cứu của Curbach [21], TRC có khả năng tăng cường đáng kể khả năng chịu lực của kết cấu bê tông cốt thép.

2.2. Cấu tạo và thành phần của bê tông cốt lưới dệt

Bê tông cốt lưới dệt (TRC) bao gồm hai thành phần chính: lưới sợi dệt và bê tông hạt mịn. Lưới sợi dệt thường được làm từ sợi carbon hoặc sợi thủy tinh, có cường độ chịu kéo rất cao. Bê tông hạt mịn có kích thước hạt nhỏ hơn so với bê tông thông thường, giúp tăng cường độ bám dính giữa bê tông và lưới sợi. Sự kết hợp giữa hai thành phần này tạo nên một vật liệu gia cường có khả năng chịu lực và độ bền cao.

III. Giải Pháp Tăng Cường Sàn BTCT Bằng Bê Tông Cốt Lưới Dệt

Bê tông cốt lưới dệt có thể sử dụng để tăng cường hiệu quả các kết cấu dầm, cột, bản chịu uốn, cắt, nén và xoắn. Ở Việt Nam, TRC là một dạng vật liệu mới, và đang được nghiên cứu kỹ lưỡng để đưa vật liệu này vào sử dụng trong các công trình xây dựng một cách an toàn và tin cậy. Một trong những hướng nghiên cứu mới, hứa hẹn khả năng sử dụng phù hợp vật liệu này là để tăng cường khả năng chịu lực cho các kết cấu sàn BTCT của công trình dân dụng. Do đó, cần phải thực hiện một số nghiên cứu cụ thể, bao gồm việc đề xuất các giải pháp tăng cường một số dạng kết cấu sàn BTCT bằng TRC, đồng thời nghiên cứu tính toán xác định ứng xử chịu uốn của kết cấu được tăng cường.

3.1. Tăng cường sàn BTCT làm việc một phương bằng TRC

Đối với sàn BTCT làm việc một phương, lưới sợi dệt được bố trí theo phương chịu lực chính của sàn. Lưới sợi dệt có thể được dán trực tiếp lên bề mặt sàn hoặc được đặt trong lớp bê tông hạt mịn mới đổ trên bề mặt sàn cũ. Việc bố trí lưới sợi dệt giúp tăng cường khả năng chịu uốn của sàn, giảm độ võng và tăng tuổi thọ của công trình. Cấu trúc phù hợp của lưới sợi dệt để tăng cường sàn BTCT làm việc 1 phương được thể hiện trong Hình 2.21.

3.2. Tăng cường sàn BTCT làm việc hai phương bằng TRC

Đối với sàn BTCT làm việc hai phương, lưới sợi dệt được bố trí theo cả hai phương chịu lực chính của sàn. Việc bố trí lưới sợi dệt theo cả hai phương giúp tăng cường khả năng chịu uốn của sàn theo cả hai phương, giảm độ võng và tăng khả năng chịu tải trọng phân bố đều. Cấu trúc điển hình của lưới sợi dệt để tăng cường sàn BTCT làm việc 2 phương được thể hiện trong Hình 2.28.

3.3. Quy trình thi công tăng cường sàn BTCT bằng TRC

Quy trình thi công tăng cường sàn BTCT bằng TRC bao gồm các bước sau: (1) Sửa chữa kết cấu nền và chuẩn bị bề mặt. (2) Thi công TRC. Bề mặt bê tông cũ cần được làm sạch, loại bỏ các lớp vật liệu yếu, và tạo nhám để tăng độ bám dính với lớp TRC mới. Sau đó, lớp TRC được thi công bằng phương pháp trát hoặc phun bê tông hạt mịn. Các bước thi công tăng cường bằng TRC được thể hiện trong Hình 2.33.

IV. Nghiên Cứu Ứng Xử Chịu Uốn Của Sàn BTCT Gia Cường TRC

Để đánh giá hiệu quả của việc tăng cường sàn BTCT bằng TRC, cần nghiên cứu tính toán xác định ứng xử chịu uốn của kết cấu được tăng cường. Các nghiên cứu này có thể được thực hiện bằng phương pháp tính toán lý thuyết, mô phỏng số, hoặc thí nghiệm thực tế. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin về khả năng chịu lực, độ võng, và độ bền của sàn sau khi được gia cường bằng TRC. Trong luận văn này, mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu đề xuất một số giải pháp tăng cường sàn BTCT bằng TRC. Đồng thời, nghiên cứu tính toán xác định ứng xử chịu uốn của sàn BTCT được tăng cường bằng TRC.

4.1. Mô hình tính toán lý thuyết xác định sức kháng uốn

Mô hình tính toán lý thuyết được sử dụng để xác định sức kháng uốn của sàn BTCT được tăng cường bằng TRC. Mô hình này dựa trên các giả thiết về phân bố ứng suất và biến dạng trong bê tông và lưới sợi dệt. Các thông số vật liệu như cường độ chịu nén của bê tông, cường độ chịu kéo của lưới sợi dệt, và mô đun đàn hồi của các vật liệu được sử dụng trong mô hình. Mô hình tính toán lý thuyết được kiểm chứng bằng các ví dụ tính toán.

4.2. Mô hình mô phỏng số đánh giá khả năng chịu lực

Mô hình mô phỏng số được sử dụng để đánh giá khả năng chịu lực và ứng xử của sàn BTCT được tăng cường bằng TRC. Kỹ thuật mô phỏng phần tử hữu hạn (PTHH) được sử dụng để tạo ra mô hình số của sàn. Các thông số vật liệu và điều kiện biên được nhập vào mô hình. Kết quả mô phỏng số cung cấp thông tin về phân bố ứng suất, biến dạng, và khả năng chịu tải của sàn. Mô hình bê tông phá hoại dẻo được sử dụng để mô phỏng ứng xử của bê tông.

V. Ứng Dụng Thực Tế Tính Toán Gia Cường Sàn BTCT Bằng TRC

Việc ứng dụng bê tông cốt lưới dệt (TRC) vào thực tế đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về vật liệu, quy trình thi công, và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả gia cường. Các ví dụ thực tế về việc sử dụng TRC để gia cường sàn bê tông cốt thép đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này. Bên cạnh đó, việc tính toán chi tiết các thông số kỹ thuật, lựa chọn vật liệu phù hợp, và kiểm soát chất lượng thi công là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và độ bền của công trình. Trong chương 4, luận văn trình bày ví dụ tính toán tăng cường khả năng chịu lực của sàn BTCT làm việc 2 phương bằng bê tông cốt lưới dệt.

5.1. Ví dụ tính toán tăng cường sàn BTCT làm việc 2 phương

Ví dụ tính toán trình bày trong chương 4 minh họa quy trình thiết kế và tính toán gia cường sàn BTCT làm việc 2 phương bằng bê tông cốt lưới dệt. Các bước tính toán bao gồm xác định hiện trạng kết cấu, lựa chọn vật liệu TRC, tính toán chiều dày lớp TRC cần thiết, và kiểm tra khả năng chịu lực của sàn sau khi gia cường. Ví dụ tính toán này cung cấp hướng dẫn chi tiết cho việc áp dụng TRC vào thực tế.

5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả gia cường bằng TRC

Hiệu quả gia cường sàn BTCT bằng TRC phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chất lượng vật liệu TRC, độ bám dính giữa TRC và bê tông cũ, phương pháp thi công, và điều kiện môi trường. Việc lựa chọn vật liệu TRC có cường độ và độ bền phù hợp, đảm bảo bề mặt bê tông cũ được làm sạch và tạo nhám kỹ lưỡng, và kiểm soát chất lượng thi công chặt chẽ là rất quan trọng để đạt được hiệu quả gia cường tối ưu.

VI. Kết Luận Triển Vọng Phát Triển Của Bê Tông Cốt Lưới Dệt

Nghiên cứu về việc sử dụng bê tông cốt lưới dệt (TRC) để tăng cường kết cấu sàn bê tông cốt thép đã cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu này trong lĩnh vực xây dựng. TRC không chỉ là một giải pháp hiệu quả để sửa chữa và nâng cấp các công trình hiện có, mà còn mở ra những hướng đi mới trong thiết kế và xây dựng các công trình bền vững và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, để TRC được ứng dụng rộng rãi hơn, cần có thêm nhiều nghiên cứu về đặc tính vật liệu, quy trình thi công, và các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan.

6.1. Các kết luận chính từ nghiên cứu về TRC

Các kết luận chính từ nghiên cứu về TRC bao gồm: (1) TRC có khả năng tăng cường đáng kể khả năng chịu lực của sàn BTCT. (2) TRC có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt. (3) TRC có trọng lượng nhẹ và dễ dàng thi công. (4) TRC là một giải pháp gia cường sàn BTCT hiệu quả và bền vững.

6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo của TRC

Các hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo của TRC bao gồm: (1) Nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến độ bền của TRC. (2) Phát triển các quy trình thi công TRC hiệu quả và tiết kiệm chi phí. (3) Xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật cho việc thiết kế và thi công TRC. (4) Nghiên cứu ứng dụng TRC trong các lĩnh vực xây dựng khác, như xây dựng cầu, hầm, và các công trình biển.

Tổng quan nghiên cứu

Trong hơn một thế kỷ qua, bê tông cốt thép (BTCT) đã trở thành vật liệu chủ đạo trong xây dựng dân dụng và công nghiệp tại Việt Nam. Tuy nhiên, nhiều công trình BTCT hiện nay đang trong tình trạng suy thoái nghiêm trọng do tác động của môi trường khắc nghiệt, thời gian khai thác lâu dài và các yếu tố như chiến tranh. Theo ước tính, các kết cấu cũ không còn đáp ứng được yêu cầu tải trọng ngày càng tăng, đòi hỏi phải có các giải pháp sửa chữa và gia cường hiệu quả. Mục tiêu chính của nghiên cứu là đề xuất và đánh giá các giải pháp tăng cường kết cấu sàn BTCT bằng bê tông cốt lưới dệt (Textile Reinforced Concrete – TRC) nhằm nâng cao khả năng chịu lực và độ bền của sàn trong xây dựng dân dụng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các kết cấu sàn BTCT làm việc một phương và hai phương, dạng bản kê 4 cạnh hoặc 2 cạnh, liên kết khớp với kết cấu đỡ phía dưới như tường hoặc dầm. Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh Việt Nam từ năm 2018, với ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng vật liệu mới TRC để khắc phục các hạn chế của các phương pháp truyền thống, đồng thời nâng cao hiệu quả sửa chữa, gia cường công trình. Các chỉ số hiệu quả như khả năng chịu lực tăng tới 200-300% và độ cứng cải thiện rõ rệt được xem là thước đo thành công của giải pháp này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu composite và kết cấu BTCT, trong đó trọng tâm là:

• Lý thuyết vật liệu bê tông cốt lưới dệt (TRC): TRC là vật liệu tổng hợp gồm bê tông hạt mịn và lưới sợi dệt (carbon hoặc thủy tinh) có cường độ cao, trọng lượng nhẹ và khả năng chống ăn mòn tốt. Lưới sợi dệt được phủ lớp polymer nano nhằm tăng cường độ bám dính với bê tông hạt mịn.
• Mô hình ứng xử dính bám giữa TRC và bê tông thường: Ứng xử này quyết định khả năng truyền lực và độ bền của lớp gia cường, được nghiên cứu qua thí nghiệm kéo trượt và mô phỏng số.
• Mô hình tính toán lý thuyết và mô phỏng số: Sử dụng phần mềm Response 2000 và phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng ứng xử chịu uốn của sàn BTCT được gia cường bằng TRC, xác định mô men uốn, độ võng và phân bố ứng suất trong kết cấu.
• Khái niệm về sàn làm việc một phương và hai phương: Phân loại sàn dựa trên cách truyền tải trọng và liên kết với kết cấu đỡ, ảnh hưởng đến thiết kế và giải pháp gia cường.

Các khái niệm chính bao gồm: cường độ chịu kéo của sợi, mô đun đàn hồi của vật liệu, ứng suất dính bám, dạng phá hoại kết cấu, và các thông số kỹ thuật của bê tông hạt mịn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp lý thuyết và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các thí nghiệm kéo trượt, uốn bốn điểm trên mẫu sàn BTCT gia cường TRC, dữ liệu mô phỏng số và tài liệu chuyên ngành.
• Cỡ mẫu: Thí nghiệm trên các mẫu sàn BTCT kích thước từ 1,6 m đến 1,8 m, với các lớp TRC từ 1 đến 4 lớp, bao gồm cả mẫu đối chứng và mẫu đã bị nứt trước khi gia cường.
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mẫu đại diện cho các dạng sàn làm việc một phương và hai phương, với các cấu trúc lưới sợi khác nhau để đánh giá ảnh hưởng đến khả năng chịu lực.
• Phương pháp phân tích: Kết hợp mô hình tính toán lý thuyết xác định sức kháng uốn, mô phỏng phần tử hữu hạn để phân tích ứng suất và biến dạng, so sánh kết quả thí nghiệm với mô phỏng để kiểm chứng độ chính xác.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2018, bao gồm giai đoạn tổng quan, thiết kế thí nghiệm, thi công mẫu, thu thập dữ liệu, phân tích và đề xuất giải pháp.

Phương pháp thi công TRC được mô tả chi tiết gồm xử lý bề mặt bê tông nền, thi công lớp bê tông hạt mịn bằng phương pháp trát hoặc phun, đặt lưới sợi dệt và hoàn thiện lớp gia cường.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng chịu lực tăng đáng kể: Thí nghiệm uốn bốn điểm cho thấy sàn BTCT được gia cường bằng TRC có khả năng chịu tải tăng từ 207 kN (1 lớp lưới sợi carbon) lên đến 302 kN (3 lớp lưới sợi carbon sau khi sửa chữa nứt), tương đương tăng từ 117% đến 217% so với sàn đối chứng (95 kN).
2. Độ cứng trước khi nứt tăng 42%: Sàn gia cường 1 lớp TRC có độ cứng trước khi xuất hiện vết nứt tăng 42% so với sàn không gia cường, giúp cải thiện khả năng sử dụng và độ bền của kết cấu.
3. Ảnh hưởng cấu trúc lưới sợi: Sàn gia cường toàn bộ bề mặt phía dưới bằng lưới sợi có khả năng chịu lực cao hơn đáng kể so với sàn gia cường theo cấu trúc trực giao một nửa diện tích, cho thấy cấu trúc lưới sợi đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả gia cường.
4. Dạng phá hoại đa dạng: Các dạng phá hoại phổ biến gồm phá hoại do uốn sau khi cốt thép chảy, tuột hoặc đứt lưới sợi, bong tách lớp TRC khỏi bê tông nền. Đặc biệt, sàn gia cường bằng 2 lớp lưới sợi carbon có dạng phá hoại giòn do tuột sợi, làm giảm tải trọng chịu đựng đột ngột xuống khoảng 100 kN.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân khả năng chịu lực và độ cứng tăng là do sự bổ sung lưới sợi dệt có cường độ kéo cao và mô đun đàn hồi lớn, giúp tăng chiều cao có hiệu của mặt cắt chịu lực kéo. So với các nghiên cứu trước đây về dầm BTCT gia cường TRC, kết quả sàn BTCT cũng cho thấy hiệu quả tương tự, khẳng định tính ứng dụng rộng rãi của TRC trong gia cường kết cấu chịu uốn. Việc gia cường toàn bộ bề mặt sàn giúp phân bố ứng suất đều hơn, giảm tập trung ứng suất và hạn chế vết nứt lớn, từ đó nâng cao độ bền và độ dẻo của kết cấu. Các dạng phá hoại do tuột sợi hoặc bong tách lớp TRC phản ánh tầm quan trọng của việc xử lý bề mặt bê tông nền và đảm bảo độ bám dính tốt giữa các lớp vật liệu. Kết quả mô phỏng số bằng phần mềm Response 2000 tương đồng với kết quả thí nghiệm, cho phép sử dụng mô hình này để dự báo ứng xử kết cấu trong các điều kiện tải trọng khác nhau. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ võng và phân bố ứng suất trong bê tông, cốt thép và lưới sợi dệt minh họa rõ ràng sự cải thiện về khả năng chịu lực và độ cứng của sàn sau gia cường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng gia cường toàn diện bề mặt sàn BTCT làm việc hai phương bằng TRC: Để tối ưu khả năng chịu lực, nên sử dụng lớp TRC phủ toàn bộ mặt dưới sàn, với tỷ lệ hàm lượng lưới sợi phù hợp theo từng phương chịu lực, ưu tiên sử dụng lưới sợi carbon có cường độ cao. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng, chủ thể: các nhà thầu xây dựng và đơn vị tư vấn thiết kế.
2. Chuẩn bị bề mặt bê tông nền kỹ lưỡng: Thực hiện xử lý bề mặt bằng phun cát, mài nhám và làm sạch bụi bẩn, dầu mỡ để đảm bảo độ bám dính giữa TRC và bê tông nền, giảm nguy cơ bong tách lớp gia cường. Thời gian: 1-2 tuần trước thi công, chủ thể: đội thi công sửa chữa.
3. Sử dụng phương pháp thi công trát hoặc phun bê tông hạt mịn phù hợp: Lựa chọn phương pháp thi công dựa trên diện tích và điều kiện thi công thực tế, đảm bảo lớp bê tông mịn được trải đều, lưới sợi dệt được chìm đều trong lớp bê tông để phát huy tối đa hiệu quả gia cường. Thời gian: tùy diện tích, chủ thể: nhà thầu thi công.
4. Kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ kết cấu gia cường: Thiết lập kế hoạch kiểm tra định kỳ để phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng, bong tách hoặc nứt mới, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời nhằm duy trì hiệu quả gia cường lâu dài. Thời gian: hàng năm, chủ thể: chủ đầu tư và đơn vị quản lý công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu xây dựng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật mới về gia cường sàn BTCT bằng TRC, giúp thiết kế các công trình dân dụng có tuổi thọ cao hơn và khả năng chịu lực tốt hơn.
2. Nhà thầu thi công sửa chữa, gia cường công trình: Luận văn trình bày chi tiết quy trình thi công, xử lý bề mặt và lựa chọn vật liệu TRC, hỗ trợ thi công hiệu quả, giảm thiểu rủi ro trong quá trình gia cường.
3. Chuyên gia nghiên cứu vật liệu xây dựng: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình phân tích về đặc tính cơ học của TRC, ứng xử dính bám và hiệu quả gia cường, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về vật liệu composite trong xây dựng.
4. Chủ đầu tư và quản lý công trình: Hiểu rõ về các giải pháp gia cường hiện đại, đánh giá được lợi ích kinh tế và kỹ thuật khi áp dụng TRC trong sửa chữa, nâng cấp công trình, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông cốt lưới dệt (TRC) là gì và có ưu điểm gì so với vật liệu truyền thống?
   TRC là vật liệu composite gồm bê tông hạt mịn và lưới sợi dệt (carbon hoặc thủy tinh) có cường độ cao, trọng lượng nhẹ và khả năng chống ăn mòn tốt. Ưu điểm nổi bật là khả năng chịu lực cao, chống thấm, chịu nhiệt và bức xạ tốt, phù hợp với môi trường khắc nghiệt.

2. Phương pháp thi công gia cường sàn BTCT bằng TRC như thế nào?
   Phương pháp thi công gồm xử lý bề mặt bê tông nền bằng phun cát hoặc mài nhám, sau đó trát hoặc phun lớp bê tông hạt mịn, đặt lưới sợi dệt chìm trong lớp bê tông và hoàn thiện lớp phủ. Quy trình này đảm bảo độ bám dính và hiệu quả gia cường.

3. Khả năng chịu lực của sàn BTCT được gia cường bằng TRC tăng bao nhiêu phần trăm?
   Theo thí nghiệm, khả năng chịu lực có thể tăng từ 117% đến hơn 200% so với sàn không gia cường, tùy thuộc vào số lớp lưới sợi và cấu trúc gia cường.

4. Những dạng phá hoại thường gặp khi sử dụng TRC để gia cường sàn BTCT?
   Các dạng phá hoại phổ biến gồm phá hoại do uốn sau khi cốt thép chảy, tuột hoặc đứt lưới sợi, bong tách lớp TRC khỏi bê tông nền. Việc xử lý bề mặt và thi công đúng kỹ thuật giúp giảm thiểu các dạng phá hoại này.

5. TRC có thể thay thế hoàn toàn các phương pháp gia cường truyền thống không?
   TRC là giải pháp mới với nhiều ưu điểm, đặc biệt phù hợp với các công trình yêu cầu chống ăn mòn và chịu nhiệt cao. Tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp gia cường còn phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình, chi phí và yêu cầu kỹ thuật.

Kết luận

• Bê tông cốt lưới dệt (TRC) là vật liệu mới có tiềm năng lớn trong gia cường kết cấu sàn BTCT, đặc biệt trong xây dựng dân dụng tại Việt Nam.
• Gia cường sàn BTCT bằng TRC giúp tăng khả năng chịu lực lên đến hơn 200% và cải thiện độ cứng trước khi nứt lên 42%.
• Cấu trúc và diện tích lưới sợi dệt đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả gia cường, với gia cường toàn diện bề mặt sàn cho kết quả tốt nhất.
• Phương pháp thi công trát hoặc phun bê tông hạt mịn kết hợp xử lý bề mặt kỹ lưỡng là yếu tố then chốt đảm bảo độ bám dính và hiệu quả gia cường.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng TRC trong sửa chữa, nâng cấp công trình dân dụng, đề xuất các bước tiếp theo gồm thử nghiệm thực tế quy mô lớn và phát triển tiêu chuẩn thiết kế phù hợp.

Để tiếp tục phát triển ứng dụng TRC, các nhà nghiên cứu và thực tiễn xây dựng nên phối hợp triển khai các dự án thí điểm, đồng thời đào tạo kỹ thuật thi công và kiểm soát chất lượng vật liệu. Hành động ngay hôm nay sẽ góp phần nâng cao độ bền và an toàn cho các công trình xây dựng trong tương lai.