Chương 1: TÔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung: Trong những năm gần đây, khi nền kinh tế ngày càng phát triển, Đất nước đang trên đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Nên đòi hỏi phải có một cơ sở hạ tầng phát triển đồng bộ, trong đó nhu cầu nhu cầu xây dựng ngày càng lớn đi kèm với những dự án có quy mô lớn và đòi hỏi công năng lớn. Trong đó bê tông đóng vai trò quan trọng hầu như trong tấc cả các loại công trình, nên đòi hỏi phải có loại bê tông có tính năng cao để thi công các công trình đặc biệt đòi hỏi chất lượng cao như: Đường hầm, cầu cảng, ống bê tông đường kính lớn, nhà máy xử lý nước, bản mỏng, các kết cấu chịu va đập, kết cấu chịu tải trọng động, các công trình được sửa chữa và gia cố lại. Các loại bê tông này phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như cường độ cao, ổn định kích thước, bám dính tốt, không phân tầng, không tách nước, không rạn nứt, chịu uốn, chịu cắt, chịu kéo.
Một trong những loại bê tông đó là bê tông cốt sợi polymer, đây là công nghệ được đánh giá cao bởi những tính năng hữu dụng như, giảm giá thành xây dựng nhờ rút ngắn thời gian thi công, tăng khả năng chịu lực và nâng cao tuổi thọ kết cấu. Sợi polymer tăng cường tính thống nhất của bê tông trong kết cấu, bê tông sợi polymer có khả năng chịu được các nội lực phát sinh trong kết cấu như khả năng chịu uốn và chịu kéo nén tốt hơn bê tông thông thường Bên cạnh đó bê tông cốt sợi polymer còn có ưu điểm là giúp kéo dài tuổi thọ cho các công trình xây dựng, hạn chế khe nứt, tăng khả năng chịu uổn của cấu kiện, nâng cao độ an toàn, đạt chất lượng ổn định sau khi đổ. Được biết bê tông cốt sợi được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng như, mặt đường ôtô, mặt đường sân bay, bản mặt câu đường hầm, giữ ổn định mái dốc, sàn nhà công nghiệp, kết cấu chịu tải trọng động. Với những ưu việt của bê tông sợi polymer, đặc biệt là khi kết hợp với các phụ gia như tro bay, muội silic, xỉ hạt lò cao.
sẽ tạo nên một loại vật liệu rất phù hợp với khí hậu Việt Nam, bê tông cốt sợi polymer đã giúp cho các nhà đầu tư gia tăng hiệu quả kinh tế, bởi tiết kiệm thời gian lao động tại hiện trường, thời gian lắp đặt cốt thép, đẩy nhanh tiến độ thi công và không cần nhân công trình độ cao, do đó giảm giá thành thi công xây dựng.2 Tình hình phát triển của việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông sọi polymer trong kết cấu bê tông trên thế giới: 1.1 Nghiên cứu bê tông cốt sợi trên thế giới [5,7]: Bêtông cốt sợi đã được nghiên cứu rộng khắp trên thế giới trong nhiều thập kỷ qua, đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu vê khả năng ứng xử của bê tông côt sợi từ trạng thái hỗn hợp đến rắn chắc và cả độ bền của bêtông cốt sợi trong những điêu Luận văn Cao học ngành XDDD và CN Trang 1 GVHD: TS. Lê Anh Tuấn HVTH: Cao Ngọc Thái Bảo kiện làm việc khác nhau, về khả năng ứng xử của bê tông cốt sợi ở trạng thái hổn hợp. Tại Mỹ đã tiến hành nghiên cứu ảnh huởng của sợi tổng hợp lên hổn hợp bê tông, bê tông không gia cường sợi có mác thiết kế là 20 Mpa, hàm lượng sợi sử dụng trong bê tông thay đổi từ 0.5% theo thể ích của bê tông. Những loại sợi tổng hợp được nghiên cứu bao gồm: sợi nylon, polypropylene, polyester.
Những loại sợi này có chiều dài 19 mm, 25 mm và 38 mm. Qua kết quả nghiên cứu, người viết thấy rằng: về cường độ chịu nén của bê tông: khi hàm lượng sợi Nylon 6 thay đổi từ 0% đến 1% thể tích hổn hợp bê tông thì cường độ bê tông thay đổi không đáng kể. về tính dẻo của bê tông: hổn hợp bê tông sẽ có độ dẻo giảm đi khi cho vào hổn hợp hàm lượng sợi nhất định. Khi hàm lượng sợi càng tăng lên thì độ dẻo của hổn hợp càng giảm và độ dẻo của hổn hợp sẽ khác nhau khi cho vào hổn hợp bê tông các loại sợi khác nhau.
Khi chiều dài sợi càng tăng lên thì độ dẻo của hổn hợp bê tông sẽ càng giảm đi (Bảng 1. về sự dẻo dai và khả năng chịu va đập của bê tông: tiến hành thí nghiệm uốn tầm tiêu chuẩn 150x150x600mm và thí nghiệm búa rơi tự do. Với cách loại sợi được sữ dụng: sợi nilon 6, sợi polyethylene và sợi polyester sợi Polyester có chiều dài 19mm với hàm lượng từ 0.5% dạng mảnh đơn, kết quả là khi sử dụng 0.5% hàm lượng cốt sợi thì tính dẻo dai cộng với khả năng chịu va đập của bê tông tăng lên.1: Ảnh hưởng của hàm lượng sợi tổng hợp đến các tính chất của bê tông [7] Mẩu nghiên Loại sợi Hàm Độ sụt Khối lượng thể tích cứu lượng sợi (mm) (kg/m3) (kg) Đối chứng 0 178 2331 NL1 Nylonó 0,45 140 2371 NL2 Nylonó 0,6 133 2290 NL3 Nylonó 0,9 102 2358 PP1 Polypropylene 0,6 133 2371 PP2 Polypropylene 0,9 165 2317 PE Polyetylene 0,6 133 2371 Đổ tiến hành nghiên cứu bê tông cường độ cao gia cường cốt sợi cho các công trình cầu đường.Trường Đại học Michigan, Hoa Kỳ tiến hành nghiên cứu với cường độ theo yêu cầu là 35ữdaN / cm1 trong vòng 24 giờ với sợi polypropylene(PP) và sợi thép với hàm lượng dao động từ 1% đến 2%.Sợi thép có 2 loại có đường kính 0.5mm và chiều dài lần lượt là 30mm và 50mm.Sợi PP: có 2 loại có đườnh kính 0.095mm và chiều dài lần lượt là 12mm và 19mm.Kết quả cho thấy rằng: về cường độ chịu nén của bê tông: yêu cầu đạt cường độ 350íta7V7 cm2 khó đạt được trong 24 giờ nếu sử dụng sợi pp, cường độ bê tông giảm xuống đáng kể khi sử dụng sợi pp hàm lượng từ 1% đến 2%. Ngược lại cường độ bê tông sẽ đạt hay vượt Luận văn Cao học ngành XDDD và CN Trang 2 GVHD: TS.
Lê Anh Tuấn HVTH: Cao Ngọc Thái Bảo VĩtidaN I cm2 trong 24 giờ khi sử dụng sợi thép với hàm lượng 2%. Bên cạnh đó mô đun đàn hồi của bê tông sẽ giảm xuống khi hàm lượng sợi pp tăng lên, mô đun đàn hồi của bê tông sẽ tăng lên khi hàm lượng sợi thép tăng. Khi kết hợp cả hai loại thì cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông trong 24 giờ đầu giảm đi 50% về tính dẻo của bê tông: bê tông cường độ cao gia cường cốt sợi pp sẽ có độ dẻo tăng đáng kể so với bê tông không gia cường sợi (bảng 1.2: Kết quả nghiên cứu sử dụng bê tông cốt sợi cho công trình giao thông tại Mỹ [7] Ký hiệu cấp phối Ký hiệu mẫu Môđun đàn Cường độ chịu hồi (MPa) nén (MPa) Đối chứng IDA 28903 35 Đối chứng 28DA 26874 49 A1%S3 IDA 30856 42 A1%S3 28DA 33439 54 A1%S5 IDA 18886 35 A1%S5 28DA 25746 44 Al%P0.5 28DA 24060 42 C1%S5 IDA 17332 38 C1%S5 28DA 28658 59 Cl%P0.5 28DA 20461 41 Trong đó: S3 : sợi thép dài 30mm ; S5: sợi thép dài 50mm ; P0.5 : sợi pp dài 12mm ; P0.75: sợi pp dài 19mm ; SP : hỗn hợp sợi thép và sợi pp ; A : hỗn hợp bê tông không có silica íìime ; c : hỗn hợp bê tông có sử dụng silicaíìime.2 ứng dụng của bê tông cốt sợi trên thế giới [7,9]: Trong nhiều năm qua ở trên thế giới, người ta đã ứng dụng bê tông cốt sợi phân tán vào nhiều lĩnh vực xây dựng. Vào năm 1970 nhà xe sân bay Lockbourne bang Ohio ở Mỹ được xây dựng từ những tấm bê tông cốt sợi đúc tại chỗ, những tâm bê tông cốt sợi này có kích thước là 10,7x14x0,15m và 1,5x6,7x0,15m.
Loại sợi được sử dụng trong công trình này là sợi thép, hàm lượng sợi sử dụng là 106kg/m3. Sau khi đã đổ xong tấm bê tông cốt sợi, người ta phủ lên mặt của những tấm bê tông cốt sợi này bằng những lớp lưới sợi pp có bề dày 0.2 mm để làm lớp đệm chống mài mòn trong quá trình Luận văn Cao học ngành XDDD và CN Trang 3 GVHD: TS. Lê Anh Tuấn HVTH: Cao Ngọc Thái Bảo sử dụng công trình. Năm 1970 ở bang Michigan của Mỹ, đường Niles dẫn vào khu công nghiệp được xây dựng bằng bê tông cốt sợi thép phân tán với chiều dày của đường là 100 mm.
Sợi thẳng được sử dụng với hàm lượng là 120kg/nP, Sau khi đưa công trình vào sử dụng, người ta tiến hành so sánh đường làm bằng bê tông cốt sợi và đường làm bằng bê tông bình thường thì thấy rằng : mặc dù đường làm bằng bê tông cốt sợi có chiều dày (100m) nhỏ hơn so với đường làm bằng bê tông thông thường (180mm) nhưng khả năng chịu tải, chịu mài mòn và chống nứt tốt hơn so với đường bê tông thông thường không có sử dụng cốt sợi. Năm 1983 tại Frankfurt ở Đức, người ta tiến hành xây dựng sân bay Frankfurt. Sân bay này có lớp phủ mặt đường băng làm bằng bê tông cốt sợi phân tán, hàm lượng sợi sử dụng là 60kg/mJ đê góp phân làm tăng khả năng chông mài mòn và chông co ngót cho đường băng. Bên cạnh những lĩnh vực ứng dụng như trên, từ những năm 1980 trở lại đây, sợi polymer được sử dụng rất phổ biến cho bê tông bơm phụt theo cả qui trình khô và qui trình ướt.
Bê tông bơm phụt gia cường cốt sợi được sử dụng để ổn định mái dốc tự nhiên của những công trình đường hầm, để bao phủ bề mặt nền đá chống lại hiện tượng hoá mềm của đá bùn trong khi xây dựng đập, bao phủ bề mặt của những hố chưá rác để giảm thiểu sự xâm nhập của nước và sự rò rỉ của chất độc có hại ra bên ngoài. [3] Tại Nhật Bản, đất nước thường xuyên hướng chịu các trận động đất và chiếm 20% số trận động đất có cường độ trên 6 độ Richter trên thế giới. Công ty xây dựng Kajima đã tiến hành nghiên cứu và chế tạo thành công loại “bê tông linh hoạt” có thể chịu được động đất. Hiện nay nó được đưa vào sử dụng tại nhiều nhà cao tầng ở Nhật Bản để chống các cơn địa chấn thường xuyên có cường độ lớn tại nước này.
Loại bê tông này chứa những sợi polymer dày bằng sợi tóc con người, thường được sử dụng trong sản xuất vỏ xe, chúng được đan lại với nhau để ngăn chặn các vết nứt lan tỏa trong bê tông.