Phát triển bền vững - sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa và gia cố công trình bê tông cốt thép

Sửa chữa gia cố công trình bê tông cốt thép bằng vật liệu FRP là một công nghệ mới được sử dụng trên thế giới từ giữa những năm 1990. Công nghệ này khai thác khả năng chịu lực của vật liệu và phương pháp thi công đơn giản đã nhanh chóng trở thành giải pháp phù hợp so với các giải pháp gia cố khác. Với những ưu điểm vượt trội như thời gian thi công nhanh, không phá vỡ kết cấu hoặc thay đổi hình dạng kiến trúc ban đầu, không cần hệ ván khuôn phức tạp, đặc biệt phù hợp với môi trường khắc nghiệt, cho thấy là công nghệ khả thi và hiệu quả trong điều kiện của Việt Nam.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phát triển bền vững - sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa và gia cố công trình bê tông cốt thép NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG - SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP ĐỂ SỬA CHỮA VÀ GIA CỐ CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP SUSTAINABLE DEVELOPMENT - USING FRP MATERIALS FOR REPAIRING AND STRENGTHENING OF CONCRETE STRUCTURES TS. Nguyễn Thúc Bội Huyên Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM TÓM TẮT Sửa chữa gia cố công trình bê tông cốt thép bằng vật liệu FRP là một công nghệ mới được sử dụng trên thế giới từ giữa những năm 1990. Công nghệ này khai thác khả năng chịu lực của vật liệu và phương pháp thi công đơn giản đã nhanh chóng trở thành giải pháp phù hợp so với các giải pháp gia cố khác. Với những ưu điểm vượt trội như thời gian thi công nhanh, không phá vỡ kết cấu hoặc thay đổi hình dạng kiến trúc ban đầu, không cần hệ ván khuôn phức tạp, đặc biệt phù hợp với môi trường khắc nghiệt, cho thấy là công nghệ khả thi và hiệu quả trong điều kiện của Việt Nam. Từ khóa: Vật liệu FRP, nhựa epoxy, sửa chữa, gia cố, công trình. ABSTRACT Repair of reinforced concrete structures with Fiber Reinforced Polymer materials (FRP) is a new technology used in the world since the mid-1990s. This technology exploit high bearing capacity of the material and construction method is quite simple has quickly become a suitable solution when comparing with other reinforcement solutions. With the advantages such as fast execution, not breaking or structural changes original architectural shapes without complicated formwork system, particularly suitable for the harsh environments, this technology is still feasible and effective in the condition of Viet Nam. Key words: FRP materials, epoxy resin, repair, strengthen, structure. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong lĩnh vực xây dựng, việc sửa chữa gia cố và nâng cấp một số bộ phận, hạng mục hoặc cả công trình (gọi chung là công trình) là một hoạt động thường xuyên. Có nhiều nguyên nhân gây ra như: vật liệu bị xuống cấp hư hỏng do lão hóa; thiếu sót từ các khâu khảo sát thiết kế, thi công, khai thác và bảo trì công trình; công trình phải chịu các tải trọng đặc biệt như động đất, cháy nổ, quá tải…; phát sinh yêu cầu thay đổi công năng, thêm khả năng chịu tải của công trình từ phía người sử dụng. Cách làm truyền thống là tăng tiết diện cấu kiện, thay đổi sơ đồ kết cấu, ốp bản thép hay gây ứng suất trước. Nhìn chung, các giải pháp gia cố truyền thống thì khá phức tạp từ khâu tính toán thiết kế đến thi công và phải thay đổi hình dáng kiến trúc mà hiệu quả không cao. Sử dụng công nghệ vật liệu FRP trong sửa chữa gia cố công trình xây dựng có thể xem là giải pháp thay thế và khắc phục nhược điểm cho công nghệ dán bản thép vào vùng chịu kéo của cấu kiện bê tông cốt thép nhằm tăng khả năng chịu uốn (Flaming và King, 1967). Tại Mỹ, vấn đề này được quan tâm từ những năm 1930 nhưng mãi đến 1980 mới đưa vào sử dụng. Ở Đức, công nghệ này được sử dụng sớm hơn từ năm 1978 (Wolf và Miessler, 1989). Châu Âu và Nhật (Fardis và Kalili, 1981) cũng có những báo cáo sử dụng FRP vào gia cố công trình vào năm 1980, và thế giới đã sử dụng rộng rãi công nghệ này từ giữa những năm 1980. TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ THỰC PHẨM SỐ 05/2015 127 NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI Về lý thuyết tính toán và hướng dẫn sử dụng vật liệu FRP cho công trình bê tông cốt thép đều được các nước Mỹ (ACI, 2002), Canada (CSA, 2000), Nhật (JSCE, 2001) và Châu Âu (FIB, 2001) nghiên cứu và công bố. Tại Việt Nam từ năm 2005, rất ít nghiên cứu về vật liệu FRP cho công trình xây dựng nhưng thực tế áp dụng chưa rộng rãi và cũng chưa có tiêu chuẩn kỹ thuật cho công nghệ này. Bài viết cho một cái nhìn tổng quan về công nghệ gia cố công trình bằng vật liệu FRP, giới thiệu các đặc trưng vật liệu FRP, nguyên lý căn bản gia cố kết cấu công trình và biện pháp thi công trên cơ sở tiêu chuẩn ACI 440.2R-2008 của Mỹ. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Theo thời gian sử dụng và trong những điều kiện khí hậu môi trường khác nhau, các công trình xây dựng sẽ bị xuống cấp dần nên cần phải sửa chữa gia cố. Đặc biệt đối với những di tích lịch sử hoặc công trình văn hóa mang tính nghệ thuật cao thì cần bảo tồn và trùng tu, tránh thay đổi hình dạng kiến trúc ban đầu hoặc phá vỡ kết cấu công trình. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Để phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của Việt Nam, chúng tôi s ẽ trình bày một giải pháp hiệu quả để sửa chữa gia cố công trình bê tông c ốt thép, đó là công nghệ vật liệu FRP. Bao gồm: - Giới thiệu vật liệu FRP - Sử dụng vật liệu FRP trong gia cố công trình bê tông cốt thép - Quy trình thi công sửa chữa gia cố - Phương pháp kiểm tra chất lượng và nghiệm thu. 3. GIỚI THIỆU VẬT LIỆU FRP FRP là vật liệu composite nền polymer gia cường bằng các loại sợi như sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi aramid, ngoài ra có thể dùng sợi basalt, giấy, gỗ và thạch cao. Vật liệu polymer thường dùng là nhựa epoxy, vinylester, polyester không no và nhựa phenol formaldehyde. Vật liệu FRP sử dụng đa dạng trong các lĩnh vực: sản phẩm công nghiệp, hàng không, giao thông và xây dựng,... Ưu điểm của các loại sợi gia cường như sợi thuỷ tinh, sợi carbon, sợi aramid là cường độ chịu kéo cao, mô đun đàn hồi lớn, trọng lượng nhẹ, cũng như khả năng chống mài mòn cao, cách điện tốt, chịu nhiệt tốt, bền theo thời gian. Bảng 1:Đặc trưng cơ lý của một số sợi Loại sợi Biến dạng phá hủy(%) Khối lượng riêng(kg/m3) Mô đun đàn hồi(GPa) Sức chịu kéo(MPa) GFRP CFRP 1,2-3,1 0,5-1,7 1250-2150 1500-1600 35-51 120-580 483-1600 600-3690 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ THỰC PHẨM SỐ 05/2015 128 NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI AFRP 1,9-4,4 1250-1400 41-125 1720-2540 *GFRP, CFRP, AFRP: Vật liệu polymer gia cường bằng các sợi thuỷ tinh, carbon và aramid. Vật liệu FRP được dùng ở các dạng như tấm lớn, thanh tròn, vải cuộn hoặc thanh dãi băng,... Trong quá trình sửa chữa gia cố công trình thường dùng vật liệu FRP ở hai dạng: dạng mềm như vải cuộn và dạng cứng như thanh dãi băng. 4. SỬA CHỮA GIA CỐ CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG VẬT L ...