Tài liệu Chỉ dẫn thiết kế và thi công kết cấu bê tông cốt sợi thép

  • Số trang: 60 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 194 |
  • Lượt tải: 0
quangtran

Đã đăng 3721 tài liệu

Mô tả:

Hội đồng nghiên cứu quốc gia (Italia) Ủy ban cố vấn Về các kiến nghị kỹ thuật thi công Chỉ dẫn thiết kế và thi công Kết cấu bê tông cốt sợi thép CNR-DT 204/2006. 1 Tài liệu này có bản quyền Không một phần nào của ấn phẩm này được phép cất giữ trong một hệ thống lưu trữ hoặc truyền bá dưới bất kỳ hình thức nào hoặc bằng bất kỳ cách nào: điện từ, cơ học, ghi âm nếu như không được sự cho phép bằng văn bản từ trước của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Italia. Việc sao chép tài liệu này là được phép cho mục đích cá nhân hoặc phi thương mại. 2 Mục lục • Lời nói đầu .1. Sự lắng nghe công chúng .2. Nội dung và mục đích của chỉ dẫn này .3. Các tiêu chuẩn tham chiếu .4. Ký hiệu/biểu tượng .5. Các tính chất kết cấu và sự ứng xử (làm việc) của các phần tử bê tông cốt sợi thép. • Vật liệu .1. Sợi (Fiber) .1.1. Chiều dài sợi .1.2. Đường kính tương đương .1.3. Tỷ lệ co/hệ số co (aspect ratio) .1.4. Cường độ chịu kéo của sợi .1.5. Mô đun đàn hồi 2.2.Sợi thép 2.3. Sợi các bon và sợi polime 2.4. Ma trận 2.5.Bê tông cốt sợi 2.5.1.Các tính chất ở trạng thái tươi 2.5.1.1.Các tính chất từ biến 2.5.1.2. Tính đồng nhất của hỗn hợp 2.5.1.3. Sự co ngót dẻo 2.5.2. Các tính chất cơ học ở trạng thái đóng rắn (đông cứng) 2.5.2.1.Sự ứng xử (làm việc) khi chịu nén 2.5.2.2. Sự làm việc khi chịu kéo 2.5.2.3. Qui luật (đường cong) chủ yếu về ứng suất- biến dạng 2.5.2.4. Mo đun đàn hồi 2.5.3. Các tính chất vật lý ở trạng thái (đã) đóng rắn 2.5.3.1. Co ngót khi khô 2.5.3.2. Sức chịu (độ bền) đóng băng và tan băng 2.5.3.3 Sự xuyên thấm của ion tấn công. 3 2.5.3.4 Sự cacbonat hóa 2.5.3.5. Sự ăn mòn sợi thép 2.5.3.6. Sức chịu lửa 2.6. Thép 3.Những nhận thức thiết kế cơ bản và các vấn đề đặc biệt 3.1. Khái quát 3.2. Những yêu cầu cơ bản 3.3.Tuổi thọ phục vụ thiết kế 3.4. Những quy tắc thiết kế chính 3.4.1.Khái quát 3.4.2.Các giá trị thiết kế 3.4.3.Tính chất của vật liệu 3.4.4.Độ bền thiết kết 3.5. Các giá trị đặc trưng của cường độ vật liệu 3.6.Các hệ số an toàn cục bộ (hệ số an toàn riêng phần). 3.6.1.Các hệ số an toàn cục bộ đối với vật liệu. 3.6.2. Hệ số cục bộ cho các mô hình chịu lực (resistance models) 3.7. Những yêu cầu về độ bền 4. Thẩm định Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) 4.1.Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) cho phần tử (bộ phận) đơn-chiều (mono-dimentional elements) 4.1.1.Khái quát 4.1.2. Uống với lực dọc trục 4.1.3 Cắt 4.1.3.1. Khái quát 4.1.3.2.Phần tử/bộ phận không có cốt thép chịu cắt theo thiết kết và cốt thép dọc theo truyền thống 4.1.3.3. Phần tử/bộ phận không có cốt thép chịu cắt theo thiết kết nhưng có cốt thép dọc theo truyền thống 4 4.1.3.4. Phần tử/bộ phận có cả cốt thép chịu cắt và cốt thép dọc theo truyền thống 4.1.3.5.Cốt thép chịu cắt tối thiểu 4.1.4. Xoắn 4.1.4.1. Phần tử/bộ phận không có cốt thép dọc chịu xoắn và cốt đai (cốt ngang) theo truyền thống. 4.1.4.2. Phần tử/bộ phận có cốt thép dọc chịu xoắn và cốt đai (cốt ngang) theo truyền thống. 4.2.Phần tử bản/tấm (plate elements) 4.2.1. Phần tử bản/tấm không có cốt thép (theo) truyền thống 4.2.2. Phần tử bản/tấm có cốt thép (theo) truyền thống 4.3. Phần tử bản sàn (slab elements) 4.3.1. Phần tử bản sàn không có cốt thép truyền thống 4.3.2. Phần tử bản sàn có cốt thép truyền thống 5. Trạng thái giới hạn về khả năng phục vụ (SLS) 5.1. Thẩm định ứng suất 5.2. Chiều rộng vết nứt 5.3.Cốt thép tối thiểu để kiểm soát (khống chế) vết nứt 6. Thi công 6.1 Thành phần hỗn hợp 6.2. Chi tiết hóa cốt thép 6.3. Các kích thước tối thiểu 6.3.1.Độ dày tối thiểu của phần tử/bộ phận kết cấu 6.3.2.Giá trị tối thiểu của khoảng cách thanh cốt thép và lớp bê tông bảo vệ 6.4. Đổ/đúc bê tông 7. Sức chịu lửa 8. Thử nghiệm sơ bộ và việc kiểm soát (quá trình) sản xuất 8.1. Thử nghiệm sơ bộ 8.2. Kiểm soát sản xuất đối với các ứng dụng loại A 5 8.3. Kiểm soát sản xuất đối với các ứng dụng loại B. 9. Phụ lục A (về cường độ chịu kéo): nhận biết tham số cấu trúc: constitutitive parameter) 9.1. Vật liệu ứng xử /làm việc (bị) mềm hóa chịu kéo được nhận biết qua thử nghiệm chịu uốn (câu này phải xem lại). 9.1.1. Mô hình đàn hồi tuyến tính 9.1.2.Mô hình dẻo-cứng 9.1.3. Viên mẫu cắt khấc/rãnh (theo UNI 11188) 9.1.4. Viên mẫu kết cấu không cắt khấc/rãnh (theo UNI 11188) 9.2. Vật liệu được nhận biết bằng thử nghiệm chịu kéo 9.2.1. . Viên mẫu cắt khấc/rãnh (theo UNI 111039) 9.2.2. Viên mẫu cắt khấc/rãnh. 10. Phụ lục B (các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng) 10.1. Thử nghiệm chịu uốn trên vật liệu ứng xử mềm hóa (softening behaviour material) 11. Phụ lục C (về các thử nghiệm đặc trưng cơ học cho vật liệu ứng xử cứng hóa: hardening behaviour materials) 11.1. Thử nghiệm kéo 11.1.1. Chuẩn bị viên mẫu 11.1.2. Thiết bị thử nghiệm 11.1.3. Đặt tải trọng 11.2. Thử nghiệm chịu uốn 12. Phụ lục D (Cường độ vật liệu: tính toán các giá trị đặc trưng cho thiết kế kết cấu) 13. Phụ lục E (xác định bằng thực nghiệm hệ số hư hỏng do hỏa hoạn/cháy). 6 1. Lời nói đầu Tài liệu này đóng góp vào loạt ấn phẩm do Hội đồng nghiên cứu Quốc gia Italia xuất bản trong khoảng thời gian mấy năm qua liên quan tới việc sử dụng kết cấu bằng vật liệu compoite, với cuốn đầu tiên chính là Những chỉ dẫn n.200 trong năm 2004. Những tài liệu đã được xuất bản, cho đến nay đã đề cập/giải quyết những vấn đề sau đây: mạ phủ (bọc ngoài/plating) bê tông cốt thép và bê tông ứng suất trước cũng như kết cấu/công trình thể xây thông qua việc sử dụng vật liệu composit gia cường (đặt cốt) bằng sợi thép dài (FRP) (CNR-DT 200/2004), bọc phủ kết cấu gỗ (CNR-DT 201/2005), cũng như các kết cấu bằng kim loại (CNR-DT 202/2005), và cuối cùng là, việc sử dụng các thanh (bars) FRP làm cốt cho kết cấu bê tông (CNR-DT 203/2006). Đối tượng của tài liệu này là việc sử dụng với mục đích chịu lực (structural use) của một vật liệu composit có sự khác biệt hoàn toàn : Bê tông cốt sợi (Fiber Reinforced Concrete)/FRC. Nó không có một chất gốc/matrix polime giống như Polime cốt sợi (Fiber Reinforced Polymer/FRP), nhưng lại là một chất gốc kết dính để người ta đưa thêm những sợi ngắn vào đó. Những sợi này có thể bằng thép, vật liệu polime, cũng như các vật liệu vô cơ khác như cacbon, thủy tinh và các vật liệu tự nhiên. Thêm vào đó một loại thép cốt bình thường cũng như các thanh (thép) ứng suất trước dùng làm cốt cũng có thể có mặt. Việc cho thêm sợi vào bê tông đem lại một cường độ còn dư có ý nghĩa sau khi (kết cấu) bị nứt. Tính chất này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, kể cả tỷ lệ co (tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính tương đương, của sợi được sử dụng), hàm lượng % theo thể tích của sợi cũng như các tính chất cơ lý của chúng. Kết cấu FRC đã dần dần trở nên được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới qua mấy năm vừa rồi. Điều này đã dẫn tới việc cần thiết phải đưa ra các chỉ dẫn kỹ thuật liên quan. Những tài liệu quốc tế có ý nghĩa nhất đề cập đến FRC là những tài liệu sau đây: -RILIEM, 2000, “Phương pháp thử nghiệm và thiết kế cho bê tông cốt sợi thép: thử nghiệm dầm”, Khuyến cáo RILIEM TC 162-TDF, Vật liệu và Kết cấu, 33: 3-5; -RILIEM, 2000, “Phương pháp thử nghiệm và thiết kế cho bê tông cốt sợi thép: Phương pháp thiết kế xichma-epxilon ”, Khuyến cáo RILIEM TC 162-TDF, Vật liệu và Kết cấu, 33: 75-81; -RILIEM, 2001, “Phương pháp thử nghiệm và thiết kế cho bê tông cốt sợi thép: thử nghiệm kéo một trục cho bê tông cốt sợi thép”, Khuyến cáo RILIEM TC 162-TDF, Vật liệu và Kết cấu, 34: 3-6; -RILIEM, 2002, “Phương pháp thử nghiệm và thiết kế cho bê tông cốt sợi thép: thiết kế bê tông cốt sợi thép sử dụng phương pháp xich ma-w: nguyên tắc và việc áp dụng”, Khuyến cáo RILIEM TC 162-TDF, Vật liệu và Kết cấu, 35: 262-278; -ACI Committee 544, 1999, “Đo đạc các tính chất của Bê tông Cốt sợi”, ACI 544.2R-98, American Concrete Institute, ACI Farmington Hills, MI; 7 -ACI Committee 544, 1996, “Những xem xét thiết kế đối với Bê tông cốt sợi”, ACI 544.4R-88, American Concrete Institute, ACI Farmington Hills, MI; -ACI Committee 544, 1996, “Báo cáo tổng quan về Bê tông cốt sợi”, ACI 544.1R-96, American Concrete Institute, ACI Farmington Hills, MI; -JCI, 1984, “Phương pháp thử nghiệm cường độ chịu uốn và độ bền uốn của bê tông cốt sợi:, JCI Standard SF-4, Tiêu chuẩn JCI về phương pháp thử nghiệm bê tông cốt sợi, Viện bê tông Nhật Bản. Một số trong số những ví dụ liên quan và thú vị nhất của việc ứng dụng FRC bao gồm: - Tấm mặt trước chịu tải trọng (front panels); - Bản sàn nhà; - Lớp bọc phủ đường hầm truyền thống và theo từng đoạn (segmental); - Dầm; - Mối nối chịu lực (mối nối kết cấu)- nhằm giảm bớt lượng phần trăm cốt thép theo truyền thống. - Các bộ phận mái thành mỏng không có cốt thép rối rắm/lộn xộn theo truyền thống; - Kết cấu được thiết kế để chịu tác động của những tải trọng gây mỏi chẳng hạn như những bể chứa (vessels) và đường ống chịu áp lực cao, ray đường sắt, cột, vv.. - Kết cấu che chắn /trú ẩn. Mục đích chính của bê tông cốt thép sợi là trong thi công kết cấu siêu tĩnh, nơi mà cường độ chịu kéo dư thừa có thể tăng cường (cải thiện) khả năng chịu tải của kết cấu cũng như độ dẻo dai của nó. Độ bền dai (toughness) được tăng cường nhờ việc đưa những sợi cốt ngắn vào hỗn hợp bê tông có có thể dẫn tới việc sử dụng ngày càng tăng loại bê tông tính năng cao (high performance concrete), thậm chí là cả với những ứng dụng ở mức đặc biệt tới hạn do độ giòn của kết cấu (không có sợi) là loại kết cấu tiêu biểu cho những vật liệu không dùng đến sợi. Mục đích của những chỉ dẫn này là thảo ra một hồ sơ/tài liệu cho việc thiết kế, thi công và kiểm tra kết cấu FRC, theo các quy chuẩn xây dựng (building codes). Cách tiếp cận được đề xuất là dựa vào cách tiếp cận đối với việc thiết kế theo trạng thái tới hạn, với việc lập dàn ý theo cách “những nguyên tắc” và “những yêu cầu” như đã được vạch ra trong Eurocodes. Trong tài liệu này, những nguyên tắc đó được biểu thị bằng biểu tượng/kí hiệu “P”. Những chỉ dẫn này không có dự định dùng để ràng buộc với quy chuẩn (Codes) mà đúng hơn là muốn đại diện cho một sự hỗ trợ đối với mọi kỹ thuật viên để chắt lọc (thông tin) qua một lượng lớn những tài liệu xuất hiện (đang có sẵn) hiện thời. Tài liệu này cũng có một Phụ lục đề cập đến một số chủ đề lý thuyết chi tiết hơn, được kể đến một cách tóm tắt trong các Chỉ dẫn (Guidelines), do bản chất luôn đổi mới của chúng, với mục đích làm cho chúng trở nên nổi tiếng (được nhiều người biết đến) hơn. Tài liệu kỹ thuật này đã được biên soạn bởi một Nhóm nhiệm vụ mà thành viên của Nhóm này bao gồm: 8 GS. Ascione Lugi: Trường đại học Salerno TS.Berardi Valentino Paolo: Trường đại học Salerno; GS. Diprisco Macro: Đại học bách khoa Milano; TS. Failla Claudio GS. Grimaldi Antonio GS. Meda Alberto TS. Rinaldi Zila GS. Plizzari Giovani GS. Savpia Macro Điều phối viên” GS. Grimaldi Antonio Tổng Điều phối viên: GS. Ascione Lugi Ban thư ký kỹ thuật: GS. Feo Luciano, GS. Rosati Luciano. 1.1.Sự lắng nghe công chúng Sau khi xuất bản, tài liệu này CNR-DT 204/2006 là đối tượng để lắng nghe công chúng. Tiếp theo việc lắng nghe công chúng, một số sửa đổi và/hoặc kết hợp (bố cục lại) đã được thực hiện cho tài liệu, kể cả việc chỉnh lại cho đúng việc đánh máy (lỗi in ấn/typos), bổ sung đối tượng chưa được đề cập đến trong phiên bản gốc (đầu tiên), và loại bỏ những thứ khác được coi là không có liên quan. Tài liệu kỹ thuật này đã được phê duyệt là phiên bản cuối cùng (không sửa nữa) vào ngày 28/11/2007, kể cả những sửa đổi thu được từ việc lắng nghe công chúng, bởi “Ủy ban cố vấn về các Kiến nghị kỹ thuật cho thi công”, mà những thành viên của Ủy ban đó gồm: ----------(Phần này ko quan trọng, bỏ qua). 1.2.Nội dung và mục đích của chỉ dẫn này 9 (1) Đối tương của tài liệu này là Kết cấu bê tông cốt sợi (FRC); (2) P bê tông cốt sợi là một loại vật liệu composite được đặc trưng bởi một chất kết dinh là ximang và sợi phân tán (không liên tục). Chất kết dính cỏ thể làm bằng bê tông hoặc vữa, loại thông thường hoặc loại có tính năng cao. Sợi có thể làm bằng thép, polime, cacbon, thủy tinh hoặc vật liệu tự nhiên. (3) P Một hàm lượng sợi tối thiểu phải được bảo đảm cho mục đích sử dụng kết cấu (chịu lực) như đã quy định (chỉ rõ) trong Chương 2. (4) Các loại sợi kim loại, polime và cacbon đều được đề cập tới một cách riêng biệt trong tài liệu hiện thời này. Tuy nhiên các quy tắc thiết kế (này) cũng có thể được làm theo đối với FRC được sản xuất với các loại sợi khác như thủy tinh/vật liệu tự nhiên, cũng như sự ứng xử (làm việc) về mặt kết cấu của chúng thì tương tự với các bộ phận bê tông tương tự được xem xét trong tài liệu này. (5) Tính chất của (vật liệu) composite thì phụ thuộc vào các đặc trưng của những vật liệu thành phần cũng như liều lượng của các vật liệu thành phần đó. Các yếu tố khác bao gồm kích thước hình học và các tính chất cơ học của sợi, sự liên kết/bám dính giữa sợi và hỗn hợp (chất kết dinh) bê tông, và các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông. Sợi trong FRC có thể làm giảm hiện tượng nứt và/hoặc làm tăng đáng kể năng lượng được hấp thụ trong quá trình nứt bê tông. (6) Một khi đã đúc, bê tông cốt sợi đạt được những thuộc tính mà chúng cũng phụ thuộc vào những yếu tố gắn liền với công nghệ thi công cũng như các kích thước khuôn khổ kết cấu. Những yếu tố này bao gồm sự phân tán của sợi trong hỗn hợp, hình dạng và kích thước của kết cấu, tính bất đẳng hướng có thể có do sự định hướng sợi có liên quan tới hướng đổ bê tông cho kết cấu. 1.3. Các tiêu chuẩn tham chiếu Việc tham khảo được thực hiện với các tài liệu sau đây: CEN EN 1992-1-1, 2004: Eurocode 2 – Thiết kế kết cấu bê tông – Phần 1-1: những nguyên tắc chung và nguyên tắc đối với Nhà; CEN EN 14721 (2005): Sản phẩm bê tông đúc sẵn – Phương pháp thử cho bê tông sợi kim loại - đo bê tông sợi trong bê tông tươi và bê tông đã đóng rắn. CEN EN 14651 (2005): Phương pháp thử nghiệm cho bê tông sợi kim loại – đo cường độ chịu kéo khi uốn (giới hạn tỷ lệ (LOP), dư); UNI 11188, 2004: Thiết kế, sản xuất và kiểm tra các bộ phận kết cấu cốt sợi thép. UNI 11039, 2003: Bê tông dùng cốt sợi thép; (1a) Phần I: Định nghĩa, phân loại và ký hiệu; (1b) Phần II: Phương pháp thử nghiệm để xác định cường độ tại vết nứt đầu tiên và các chỉ số độ dẻo; UNI EN 12390, 2002: Thử nghiệm trên bê tông đã đóng rắn; UNI EN 206-1, 2001: Bê tông: đặc điểm kỹ thuật, tính năng, sản xuất và sự tuân thủ; 10 UNI 9502, 2001: Đánh giá sức chịu lửa theo phân tích của các bộ phận kết cấu bê tông cốt thép và bê tông ứng suất trước. 1.4. Biểu tượng/Ký hiệu: Ý nghĩa của những biểu tượng chính được sử dụng trong tài liệu này được ghi lại dưới đây: Những kí hiệu chính: Khối lượng ( .) ám chỉ/muốn nói đến bê tông Giá trị thiết kế của khối lượng (.) Giá trị thực nghiệm của khối lượng (.) Khối lượng (.) ám chỉ tới bê tông cốt sợi Giá trị đặc trưng của khối lượng (.) Giá trị trung bình của khối lượng (.) Khối lượng (.) dưới dạng độ bền (sức chịu đựng) Khối lượng (.) ám chỉ thép Khối lượng (.) theo đòi hỏi Giá trị tới hạn của khối lượng (.) Những chữ Roman in hoa có chỉ số Diện tích tiết diện ngang bê tông, thực của cốt thép Diện tích của một sợi đơn lẻ Diện tích của cốt thép dọc (trục) Diện tích của cốt thép ngang Sự suy giảm cường độ chịu nén do cháy (hỏa hoạn) Sự suy giảm cường độ chịu uốn một trục do cháy (hỏa hoạn) Tải trọng Nhiệt độ Tỷ lệ phần trăm thể tích (phần thể tích) của sợi Giá trị thiết kế của khả năng chịu tải trọng cắt của bộ phận kết cấu Sự đóng góp của sợi vào giá trị thiết kế về khả năng chịu tải trọng cắt 11 Sự đóng góp của thép đai vào giá trị thiết kế về khả năng chịu tải trọng cắt Những chữ Roman in thường có chỉ số Bề rộng của một sợi có tiết diện hình chữ nhật Chiều sâu hiệu quả của tiết diện ngang Kích thước cốt liệu tối đa Đường kính sợi (tương đương) Cường độ FRC khi chịu nén (viên mẫu hình trụ và lăng trụ) Cường độ chịu kéo của FRC Cường độ chịu kéo của FRC khi uốn Cường độ dư khi chịu kéo (theo khả năng phục vụ) của FRC Cường độ dư khi chịu kéo tới hạn của FRC Cường độ của chất kết dính bê tông (matrix) khi chịu nén (viên mẫu hình trụ và lăng trụ) Cường độ chịu kéo của chất kết dính bê tông Cường độ chịu kéo của chất kết dính bê tông khi uốn Cường độ chảy dẻo của cốt thép dọc Cường độ chảy dẻo thiết kế của cốt thép dọc Cường độ chảy dẻo thiết kế của thép đai Chiều sâu tiết diện ngang Chiều dày sợi đối với tiết diện chữ nhật Khoảng dãn cách giữa các thanh cốt thép Chiều dài đặc trưng của bộ phận kết cấu Chiều dài sợi Chiều dài phát triển sợi Khối lượng sợi Khoảng cách giữa các thanh thép đai Khoảng cách trung bình của vết nứt Chiều dày bộ phận kết cấu 12 CTOD – Chuyển vị mở mũi vết nứt (crack tip opening displacement) Khoảng cách của trục trung hòa tính từ biên cực hạn (exteme edge) trong vùng nén. Khoảng cách của trục trung hòa tính từ biên cực hạn (exteme edge) trong vùng kéo. Các chữ cái Hy lạp in thường có chỉ số Biến dạng kéo trong FRC Biến dạng nén trong FRC Biến dạng kéo trong các thanh thép Đường kính thanh thép Hệ số an toàn riêng phần (cục bộ) cho FRC khi chịu nén Hệ số an toàn riêng phần (cục bộ) cho FRC khi chịu kéo Hệ số an toàn riêng phần (cục bộ) cho mô hình cơ học Hệ số an toàn riêng phần (cục bộ) cho thanh cốt thép Tỷ trọng khối lượng sợi 1.5.Các tính chất kết câu và sự làm việc của bộ phận bê tông cốt sợi (1)P Các tính chất cơ học của một hỗn hợp (ma trận) kết dính bị thay đổi khi đưa thêm sợi vào. Sự làm việc về chịu kéo sau khi nứt được cải thiện do sự lan truyền vết nứt đã khác hẳn (trái ngược với trước). Một khi bê tông đã bị nứt, sợi tăng cường một cách đáng kể sức chịu đựng sau khi nứt mà việc này không thể nào thấy được trong một loại bê tông không có sợi. Sự ứng xử (làm việc) mềm hóa (softening behaviour), điển hình đối với một thử nghiệm một trục, có thể được thay đổi một cách đáng kể bằng cách đưa (cho thêm) cốt sợi. Đối với các tỷ lệ thể tích sợi mà nhỏ ( xấp xỉ dưới 2%), mối quan hệ cấu trúc tải trọng-chuyển vị của FRC vẫn thể hiện một nhánh giảm xuống (sự làm việc mềm hóa), nhưng nó được đặc trưng bởi cả hai đường cong, một là cường độ dư cũng như một độ dẻo đáng kể (Hình 1a). Với các tỷ lệ thể tích sợi cao hơn (xấp xỉ trên 2%), thì sự làm việc sau khi nứt có thể trở nên cứng hóa, do sự xuất hiện của vết nứt nhiều đường (multiple craking) (Hình 1b). 13 Hình 1-1. Tải trọng (P) – chuyển vị ( ) từ một thử nghiệm chịu kéo 1 trục trên bê tông cốt sợi được đặc trưng bởi một tỷ lệ % thấp của sợi (a) và một tỷ lệ % cốt sợi cao (b). (2) P Các tính chất của FRC, được sử dụng cho một mục đích kết cấu cụ thể, phải được xác định và thẩm định một cách phù hợp. Có hai cách thức khác nhau đặc trưng hóa FRC: một cách là dựa vào các tính chất danh định, trong khi đó, cách còn lại là dựa vào các tính chất về kết cấu. (3)P Các tính chất danh định của FRC cần được thiết lập bằng cách thực hiện những thử nghiệm đã được bình thường hóa dưới những điều kiện có kiểm soát theo các quy trình trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn. (4) P Các tính chất về kết cấu của FRC phải được tham khảo/đối chiếu với vật liệu đang được sử dụng trong thực tế và cần được đánh giá thông qua các thử nghiệm ở cùng quy mô (tỷ lệ) tương tự của kết cấu. Những thử nghiệm này cần được thực hiện trong cùng môi trường như của kết cấu thực và hướng của các tải trọng được áp đặt vào có liên quan tới hướng đổ bê tông cũng nên tương tự như trên kết cấu thực. 2. Vật liệu 2.1. Sợi (1) P Sợi thì được đặc trưng bởi cả tính chất của vật liệu cũng như các tham số hình học, bao gồm chiều dài, đường kính tương đương, tỷ lệ co (aspect ratio) và hình dạng (thẳng, sợi có móc/ngoặc,vv..). 2.1.1. Chiều dài sợi (1) P Chiều dài sợi lf, là khoảng cách giữa các đầu mút bên ngoài của sợi đó. Chiều dài được phát triển của sợi ld , là độ dài của đường trục của sợi đó. Chiều dài của sợi cần được đo đạc theo quy chuẩn tham chiếu cụ thể. 2.1.2. Đường kính tương đương 14 (1) P Đường kính tương đương, df, là đường kính của một đường tròn có một diện tích tương đương với diện tích tiết diện ngang trung bình của sợi đó. (2) Đối với các tiết diện ngang hình tròn có đường kính lớn hơn 0.3mm, thì đường kính tương đương cúa sợi phải được đo bằng một thước đo micrometer, trong hai hướng, một cách xấp xỉ ở các góc vuông, với một độ chính xác phù hợp với quy chuẩn tham chiếu cụ thể. Đường kính tương đương này được cho bởi giá trị trung bình của hai đường kính đo được (theo 2 hướng như đã nói). (3) Với những sợi có đường kính nhỏ thua 0.3mm, đường kính tương đương phải được đo với một thiết bị quang học, với một độ chính xác phù hợp với quy chuẩn tham chiếu cụ thể. (3) Với những tiết diện hình elip, đường kính tương đương phải được đánh giá bắt đầu từ việc đo đạc theo 2 trục, sử dụng một thước đo micrometer, với một độ chính xác phù hợp với quy chuẩn tham chiếu cụ thể. Lúc đó đường kính tương đương được cho bởi giá trị trung bình của hai độ dài đo được theo 2 trục. (4) Đối với tiết diện hình chữ nhật, chiều rộng, bf, và chiều dày, hf, phải được đo theo quy chuẩn tham chiếu cụ thể. Lúc đó đường kính tương đương được xác định theo công thức (1.1): (6) Một cách có thể thay thế, và trong trường hợp cụ thể với sợi có tiết diện bất quy tắc, đường kính tương đương có thể được đánh giá bằng công thức (2.1) sau đây: Trong đó m là khối lượng, ld là chiều dài phát triển, và là tỷ trọng của sợi. 2.1.3. Tỷ lệ co (aspect ratio): (1) P Tỷ lệ co thì được định nghĩa bằng tỷ lệ giữa chiều dài, lf, với đường kính tương đương của sợi đó, gọi là df. 2.1.4. Cường đọ chịu kéo của sợi (1) P Cường độ chịu kéo của sợi là ứng suất tương ứng với lực kéo tối đa mà sợi đó có thể mang (chịu đựng). (2) Cường độ chịu kéo phải được tính toán, theo quy chuẩn tham chiếu cụ thể, bằng cách chia lực tối đa cho diện tích tương đương của tiết diện ngang, được xác định là diện tích của vòng tròn có đường kính tương đương (bằng) df . Giá trị tham chiếu của cường độ chịu kéo được cho trong bảng 2-1 và bảng 2-2 đối với một số dạng sợi khác nhau. 15 2.1.5.Mô đun đàn hồi (1) Mô đun đàn hồi của sợi phải được đánh giá theo quy chuẩn tham chiếu cụ thể. Giá trị tham chiếu của đun đàn hồi được cho trong bảng 2-2 đối với một số dạng sợi khác nhau. 2.2. Sợi thép (1) Những sợi thép là sợi có chiều dài, lf, biến thiên trong phạm vi 6mm tới 70mm, và một đường kính tương đương, df, thay đổi trong phạm vi 0.15mm tới 1.20mm. (2) Những sợi thép này có thể được phân loại trên cơ sở của quá trình sản xuất, hình dạng, cũng như vật liệu. 1. Quá trình sản xuất: -sợi kéo nguội (Type A) - tấm cắt ra (Type B); -quá trình khác (Type C) 2. Hình dạng: - thẳng - có gờ/gân (có móc, có gợn/nếp) 3. Vật liệu: -thép với hàm lượng cacbon thấp (C nhỏ thua hoặc bằng 0.20, Type 1); -thép với hàm lượng cacbon cao (C lớn hơn 0.20, Type 2) -thép không rỉ (Type 3). Dựa vào các tính chất cơ học, sợi có thể được chia nhỏ hơn thành 3 loại khác nhau (R1, R2, R3) như trong Bảng 2-1. Bảng 2-1. Loại sợi thép chia theo cường độ 16 Trong Bảng 2-1, Rm e Rp0.2 là cường độ chịu kéo tương ứng với lực tối đa và một sự dịch chuyển (a shift) từ sự làm việc tỷ lệ với biến dạng dương không hồi phục tương đương với 0.2% của độ dài cơ sở của đồng hồ đo biến dạng (strain-gauge). (3) Mô đun đàn hồi của sợi thép có thể được giả thiết tương đương với 200 Gpa đối với thép có hàm lượng cacbon thấp và cao, và tương đương với 170 Gpa đối với thép không rỉ. 2.3. Sợi polime và sợi cacbon (1) Sợi polime làm bằng acrylic, aramid, nylon, polyester, polyethylene, polipropylene, và sợi cacbon đều được bày bán nhiều trên thị trường. (2) Những loại sợi này có thể được sử dụng để cải thiện: 1 Các tính chất dẻo ngắn hạn; 2 độ bền lâu và sức kháng (chịu đựng) các chu kỳ đóng băng và tan băng 3 sức chịu tác động và mài mòn; 4 sức chịu đựng sau khi nứt của các loại chất/ma trận kết dính; 5 Sức chịu lửa. (3) Sợi có thể được phân loại thành sợi nhỏ (micro-fibers), với chiều dài bằng mm, và sợi lớn (macrofibers với chiều dài lên tới 80mm. Giá trị điển hình của các tỷ lệ co (tỷ lê chiều dài/đường kính) thay đổi trong phạm vi từ 100 tới 500. (4) Các tính chất chính của sợi polime và cacbon mà có sẵn để bán trên thị trường, được chỉ ra trong bảng 2-2. 17 18 2.4. Hỗn hợp chất gốc (matrix) (1) P Hỗn hợp kết dinh FRC bao gồm các vật liệu kết dính (bê tông hoặc vữa) (2) Để thu được một sự phân tán sợi tốt cũng như một độ công tác (workability) phù hợp, hỗn hợp chất gốc (matrix) phải được thiết kế đúng, chẳng hạn như bằng cách tăng hàm lượng hạt cốt liệu nhỏ. (3) Các tính chất vật lý và cơ học của chất gốc là bê tông hoặc vữa được định nghĩa theo tiêu chuẩn tham chiếu cụ thể. 2.5. Bê tông cốt sợi (1)P Các tính chất vật lý và cơ học của vật liệu composite phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần của các thành phần cũng như các tính chất của mỗi thành phần tham gia (chất gốc kết dính và sợi). (2) Việc đưa thêm sợi vào có thể tăng cường (cải thiện) độ dẻo dai, độ bền lâu, sức chịu tác động (tính đàn hồi/co giãn), sức chịu mỏi và mài mòn của chất gốc kết dính (bê tông hoặc vữa). (3) Các tính chất cơ học của sợi được dùng làm cốt phải được xác định trực tiếp trên các viên mẫu thông qua các thử nghiệm đã được tiêu chuẩn hóa. (2) P Phần thể tích tối thiểu của sợi cho các ứng dụng kết cấu không được nhỏ thua 0.3%. (4) Không có các thử nghiệm cụ thể, tất cả các tính chất cơ học, không được chỉ rõ, có thể được giả thiết là tương tự như các tính chất đó của bê tông thông thường. 2.5.1. Các tính chất ở trạng thái tươi (mới trộn) 2.5.1.1 Tính chất từ biến (1)P Các tính chất từ biến của bê tông cốt sợi phụ thuộc vào sự đồng nhất (đặc chặt) của chất gốc cũng như bản chất của sợi, liều lượng và kích thước hình học. (2) Việc sử dụng hàm lượng sợi điển hình cho các ứng dụng vào kết cấu làm giảm độ công tác của hỗn hợp, đặc biệt là những loại sợi có hình dạng phức tạp và tỷ lệ độ co lớn (câu này hình như thứa dấu phẩy). Việc điều chỉnh phù hợp tỷ lệ thành phần hỗn hợp có thể được thực hiện nơi nào cần thiết: • Bằng cách tăng tỷ lệ thành phần cốt liệu mịn và/hoặc bằng cách giảm bớt kích thước cốt liệu tối đa’ • Bằng cách sử dụng loại và hàm lượng phụ gia siêu dẻo phù hợp. 2.5.1.2. Tính đồng nhất của hỗn hợp (1)P Sự phân bố sợi trong hỗn hợp cần phải đồng đều. Để đạt được điều kiện này, phải có có sự chú ý đặc biệt để tránh sự kết tụ sợi (balling/vê viên). Dù rằng hàm lượng kết tụ này được hạn chế, sự có mặt của chúng có thể tạo thành một số vật cản và làm cho việc bơm vữa trở nên khó khăn. (2) Tính đồng nhất của hỗn hợp có thể được đo đạc bằng cách kiểm tra hàm lượng sợi trong một số mẫu được lấy ra trong quá trình đổ bê tông phù hợp với tiêu chuẩn EN 14721. 19 (3) Những vùng có sự phân bố sợi không đồng nhất càng khuếch tán (rải ra nhiều nơi) thì các tính chất của bê tông cốt sợi càng khác nhau so với các tính chất danh nghĩa. (4) Phải có sự chú ý đặc biệt tới hiện tượng cacbonat hóa, đặc biệt là khi sử dụng một chất gốc/hỗn hợp bao gồm vữa và sợi. 2.5.1.3. Sự co ngót dẻo (plastic shringkage) (1)P Kích thước vết nứt do co ngót dẻo được giảm xuống nhờ có sợi. (2) Sợi nhỏ polime (polypropylene) là phù hợp hơn cho mục đích này. 2.5.2. Sự ứng xử (làm việc) khi chịu nén (1)P Nói chung sợi làm giảm độ giòn của matrix, nhưng chúng không có ảnh hưởng đáng kể tới sự làm việc khi chịu nén. (2) Trong thực tế, quy luật cấu trúc (constitutive law) của bê tông cốt sợi có thể được giả thiết tương đương với quy luật đó của bê tông thông thường. 2.5.2.2. Sự làm việc khi chịu kéo (1)P Sợi cải thiện sự làm việc khi chịu kéo của hỗn hợp khi đã bị nứt, như được chỉ ra dưới dạng sơ đồ trong Hình 2-1. HÌnh 2-1. Sự làm việc khi chịu kéo 20
- Xem thêm -