Tài liệu Lựa chọn bê tông cốt sợi thi công cống khu 6,7 đô thị phía nam, thành phố bắc giang

LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài luận văn: “Lựa chọn bê tông cốt sợi thi công cống khu 6,7 - Đô thị phía Nam, thành phố Bắc Giang”. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường. Học viên Hoàng Văn Hoan i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập, nghiên cứu và làm luận văn, được sự nhiệt tình giúp đỡ của các thầy, cô giáo trong Trường Đại học Thuỷ lợi và sự cố gắng nỗ lực của bản thân, đến nay đề tài “Lựa chọn bê tông cốt sợi thi công cống khu 6,7 - Đô thị phía Nam, thành phố Bắc Giang” đã được hoàn thành. Các kết quả trong luận văn là những đóng góp nhỏ về việc lựa chọn bê tông cốt sợi thi công cống khu 6,7 - Đô thị phía Nam, thành phố Bắc Giang. Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên trong khuôn khổ một luận văn thạc sỹ kỹ thuật còn tồn tại một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Tác giả mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hoàng Phó Uyên người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, Viện thủy công, Trung tâm Quy hoạch xây dựng Bắc Giang đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả về tài liệu, thông tin và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho bài luận văn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 01 năm 2018 Học viên Hoàng Văn Hoan ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................... v DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. viii MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................................. 1 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2 3. Kết quả đạt được ........................................................................................................................ 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI ................................... 3 1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi trên Thế giới ...................................... 3 1.2. Nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi tại Việt Nam ....................................................... 9 1.3. Đặc điểm về Bê tông cốt sợi ................................................................................................ 13 1.3.1. Khái niệm .............................................................................................................13 1.3.2. Các loại cốt sợi ....................................................................................................13 1.3.3. Phân loại bê tông cốt sợi .....................................................................................20 1.3.4. Những đặc trưng cơ bản của bê tông cốt sợi ......................................................21 1.4. Sự phá hoại bê tông các công trình Thủy lợi và giải pháp khắc phục ............................. 22 1.4.1. Sự phá hoại bê tông các công trình Thủy lợi ......................................................22 1.4.2. Một số giải pháp khắc phục sự phá hoại bê tông các công trình Thủy lợi .........27 * Kết luận Chương 1 .................................................................................................................... 29 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ CƠ SỞ NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CỐT SỢI ............................................................................................................................. 30 2.1. Tiêu chuẩn về vật liệu xây dựng.......................................................................................... 30 2.2. Tiêu chuẩn về thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của bê tông ......................................................... 30 2.3. Các loại vật liệu sử dụng trong bê tông cốt sợi .................................................................. 31 2.3.1. Xi măng ................................................................................................................31 2.3.2. Tro bay .................................................................................................................31 2.3.3. Cốt liệu mịn (Cát) ................................................................................................32 2.3.4. Cốt liệu thô ( Đá dăm ) ........................................................................................33 2.3.5. Nước ....................................................................................................................33 iii 2.3.6. Phụ gia hóa học................................................................................................... 33 2.3.7. Cốt sợi thủy tinh .................................................................................................. 34 2.4. Thiết kế thành phần bê tông cốt sợi .................................................................................... 34 2.5. Thí nghiệm các tính chất cơ lý của bê tông cốt sợi............................................................ 34 2.5.1. Thí nghiệm kiểm tra độ lưu động (độ sụt) của hỗn hợp bê tông ......................... 34 2.5.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông.......................................... 36 2.5.3. Thí nghiệm xác định cường độ kéo khi uốn của bê tông ..................................... 37 * Kết luận Chương 2 .................................................................................................................... 39 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN BÊ TÔNG CỐT SỢI M30 THI CÔNG CỐNG KHU 6,7 – ĐÔ THỊ PHÍA NAM, THÀNH PHỐ BẮC GIANG ................... 40 3.1. Tổng quan về dự án và công trình cống khu 6,7- Đô thị phía Nam, thành phố Bắc Giang. ............................................................................................................................................ 40 3.1.1. Điều kiện tự nhiên ............................................................................................... 40 3.1.2. Điều kiện về hạ tầng kỹ thuật .............................................................................. 42 3.1.3. Đánh giá chung về địa điểm xây dựng dự án ...................................................... 43 3.3. Phân tích kết quả thí nghiệm bê tông cốt sợi...................................................................... 44 3.3.1. Kết quả thí nghiệm độ lưu động .......................................................................... 44 3.3.2. Kết quả thí nghiệm cường độ nén ....................................................................... 45 3.3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi uốn ........................................................... 46 3.4. Tính toán kết cấu cho cống khu 6,7 – Đô thị phía Nam – Thành phố Bắc Giang. ........ 48 3.4.1. Sơ đồ bố trí lực lên cống ..................................................................................... 48 3.4.2. Phương pháp tính toán ........................................................................................ 52 * Kết luận chương 3: .................................................................................................................... 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 61 1. Kết luận ..................................................................................................................................... 61 2. Kiến nghị................................................................................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 63 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ................................................................................... 65 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Cầu đi bộ Sherbrooke ở Sherbrooke, Quebec, Canada ...................................7 Hình 1.2. Cầu Bourg-les-Valence ở Đông nam nước Pháp ............................................7 Hình 1.3. Thi công đường sân bay ở Bỉ ..........................................................................8 Hình 1.4. Thi công mặt đường bến cảng tại Tây Ban Nha ..............................................8 Hình 1.5. Thi công hầm đường sắt tại Anh .....................................................................8 Hình 1.6. Kênh bê tông cốt sợi thành mỏng đúc sẵn .....................................................10 Hình 1.7. Bờ kè kênh Tham Lương, TP Hồ Chí Minh sử dụng sản phẩm BTCS trong dự án chống ngập, ứng phó thiên tai, biến đổi khí hậu .................................................10 Hình 1.8. Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc thăm quan các sản phẩm bê tông cốt sợi đúc sẵn, thành mỏng như các loại mương máng thủy lợi, hào kỹ thuật, hố ga thu nước mưa và ngăn mùi kiểu mới, các loại cấu kiện lắp ghép bảo vệ bờ sông, hồ và đê biển…. ...11 Hình 1.9. Thép polyme được sử dụng tại một hạng mục thuộc khu tưởng niệm Đại tướng Võ Nguyên Giáp, Vũng Chùa - Quảng Bình ......................................................11 Hình 1.10. Tuyến kênh tưới Nam Gò Đậu, hệ thống tưới Tháp Mão thuộc xã Phước Hưng, huyện Tuy Phước, tỉnh Bình Định sử dụng công nghệ bê tông cốt sợi thành mỏng đúc sẵn.................12 Hình 1.11. Công trình Hầm đường bộ Hải Vân là công trình nổi bật tại Việt Nam ứng dụng công nghệ bê tông cốt sợi .....................................................................................12 Hình 1.12. Thi công đổ bê tông sợi thép sàn công nghiệp tại Visip Bắc Ninh .............12 Hình 1.13. Sợi thủy tinh trong sản xuất bê tông cốt sợi Thủy tinh ...............................15 Hình 1.14. Mô phỏng sợi cacbon phóng to. ..................................................................18 Hình 1.15. Sợi bazan dạng xắt nhỏ dùng cho sản xuất bê tông cốt sợi bazan BFRC. ..19 Hình 1.16. Khả năng chịu kéo của bê tông cốt sợi ........................................................21 Hình 1.17. Tính dẻo dai của bê tông cốt sợi ..................................................................21 Hình 1.18. Khả năng chống nứt của bê tông cốt sợi .....................................................22 Hình 1.19. Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà (hình ảnh do viện thủy công cung cấp)........................................................................................................................24 v Hình 1.20. Hiện trạng xâm thực và phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát - Bến Tre (hình ảnh do viện thủy công cung cấp). ........................................................................ 24 Hình 1.21. Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nước thay đổi, ăn mòn cốt thép, ăn mòn bê tông trong môi trường nước biển (hình ảnh do viện thủy công cung cấp). ....................................................................................................................................... 25 Hình 1.22. Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2 - Hải Phòng ....................................................................................................................................... 25 (Bê tông luôn luôn trong trạng thái trương nở-co ngót)..................................................... 25 (hình ảnh do viện thủy công cung cấp). ............................................................................ 25 Hình 1.23. Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của bê tông kè biển Cát Hải - Hải Phòng (hình ảnh do viện thủy công cung cấp). .................................. 25 Hình 1.24. Xâm thực bê tông do bị mài mòn, rửa trôi cống Vàm Đồn - Bến Tre ......... 26 (hình ảnh do viện thủy công cung cấp). ............................................................................ 26 Hình 1.25. Xâm thực bê tông do bị các vi sinh vật ăn mòn ........................................... 26 (hình ảnh do viện thủy công cung cấp). ............................................................................ 26 Hình 1.26. Xâm thực bê tông cửa ra bể tiêu năng do hiện tượng khí thực..................... 26 (hình ảnh do viện thủy công cung cấp). ............................................................................ 26 Hình 1.27. Xâm thực bê tông mũi phun tràn xả lũ do hiện tượng khí thực.................... 27 Hình 2.1. Bộ côn thử độ sụt bê tông.............................................................................. 35 Hình 2.2. Thiết bị máy nén bê tông ............................................................................... 37 Hình 2.3. Thiết bị thí nghiệm kéo khi uốn .................................................................... 37 Hình 3.1. Quy hoạch khu đô thị khu dân cư khu số 6,7 khu đô thị phía Nam, thành phố Bắc Giang ...................................................................................................................... 40 Hình 3.3. Thí nghiệm kiểm tra độ lưu động của hỗn hợp bê tông ................................ 44 Hình 3.4. Thí nghiệm xác định cường độ nén của bê tông ........................................... 45 Hình 3.5. Thí nghiệm xác định cường độ kéo khi uốn của bê tông .............................. 47 Hình 3.6. Sơ đồ bố trí các lực tác dụng lên cống .......................................................... 48 Hình 3.8. Phân bố ứng suất S 22 bê tông cốt sợi ............................................................ 57 vi Hình 3.9. Chuyển vị của cống bê tông cốt sợi...............................................................57 Hình 3.10. Kết quả ứng suất S 22 với bê tông thường ....................................................58 Hình 3.11. Kết quả ứng suất S 11 với bê tông thường ....................................................58 Hình 3.12. Kết quả chuyển vị bê tông thường...............................................................58 Hình A. Mô hình tính toán cống hộp bằng phần tử Shell .............................................65 Hình B. Kết quả ứng suất S 11 với bê tông thường ........................................................65 Hình C. Kết quả ứng suất S 22 với bê tông thường ........................................................66 Hình D. Kết quả ứng suất S max với bê tông thường .......................................................66 Hình E. Kết quả ứng suất S min với bê tông thường .......................................................67 Hình F. Kết quả chuyển vị bê tông thường ...................................................................67 Hình G. Kết quả ứng suất S 11 với bê tông cốt sợi .........................................................68 Hình H. Kết quả ứng suất S 22 với bê tông cốt sợi .........................................................68 Hình I. Kết quả ứng suất S max với bê tông cốt sợi.........................................................69 Hình J. Kết quả ứng suất S min với bê tông cốt sợi .........................................................69 Hình K. Kết quả chuyển vị bê tông cốt sợi ...................................................................70 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi tổng hợp đối với các tính chất của hỗn hợp bê tông. ........................................................................................................... 4 Bảng 1.2. Kết quả nghiên cứu sử dụng BTCS cho công trình giao thông ở Mỹ. ........... 5 Bảng 1.3. Một số loại sợi thép được sử dụng trên Thế giới .......................................... 14 Bảng 1.4. Cường độ chịu uốn tối đa của bê tông cốt sợi tổng hợp theo các chu kỳ thử độ bền . 16 Bảng 1.5. Cường độ chịu uốn của bê tông cốt sợi cacbon ............................................ 17 Bảng 2.1. Tiêu chuẩn về vật liệu xây dựng ................................................................... 30 Bảng 2.2. Tiêu chuẩn thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của bê tông ......................................... 30 Bảng 2.3. Tính chất cơ lý của xi măng .......................................................................... 31 Bảng 2.4. Tính chất kỹ thuật của tro bay Phả Lại .......................................................... 31 Bảng 2.5. Tính chất cơ lý của cát .................................................................................. 32 Bảng 2.6. Tính chất cơ lý của đá dăm ........................................................................... 33 Bảng 2.7. Thành phần vật liệu cho 1 m3 bê tông cốt sợi ............................................... 34 Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm độ lưu động các hỗn hợp bê tông .................................. 45 Bảng 3.2. Kết quả cường độ nén ở 3, 7 và 28 ngày tuổi .............................................. 46 Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi uốn ở 3, 7 và 28 ngày tuổi................ 47 Bảng 3.4. Thành phần vật liệu cho 1 m3 bê tông cốt sợi ............................................... 48 Bảng 3.4. Thông số vật liệu của bê tông thường và bê tông cốt sợi ............................. 49 Bảng 3.5: Thông số hình học của cống ......................................................................... 49 Bảng 3.6: Thông số đất xung quanh cống ..................................................................... 50 Bảng 3.7. Kết quả tính toán tải trọng tác dụng lên cống ............................................... 51 Bảng 3.8: Kết quả tính toán bê tông cốt sợi và bê tông thường .................................... 59 viii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Từ khi ra đời đến nay, Bê tông cốt thép đã và đang trở thành loại vật liệu xây dựng phổ biến trong thiết kế thi công các công trình xây dựng dân dụng, công trình giao thông, thủy lợi...đối với Việt Nam nói riêng và trên toàn Thế giới nói chung. Tuy nhiên, với điều kiện khoa học công nghệ, vật liệu xây dựng và môi trường ở Việt Nam hiện nay, nhiều công trình hoặc bộ phận kết cấu bằng bê tông cốt thép đã phát sinh vết nứt ngay trong giai đoạn thi công hoặc chỉ sau một thời gian ngắn sử dụng. Điều đó đặt ra câu hỏi lớn cho các nhà khoa học về việc phòng tránh và xử lí các dạng vết nứt phát sinh trong quá trình thi công và khai thác các công trình bằng bê tông cốt thép. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra vết nứt đối với các công trình, cấu kiện bê tông như: cường độ chịu nén của Bê tông cao nhưng khả năng chịu kéo kém, hiện tượng co ngót, từ biến hoặc tại các vị trí đặc biệt trong kết cấu chịu ứng suất phức tạp làm cho vật liệu bê tông thông thường không đủ khả năng chịu lực ví dụ như bản mặt cầu bằng bê tông cốt thép, ụ neo cáp của cầu dây văng; các mối nối quan trọng giữa các đốt dầm trong các cầu ứng dụng công nghệ đúc hẫng hoặc lắp hẫng...vv. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu về Vật liệu xây dựng đã sử dụng rất nhiều biện pháp như: căng kéo cốt thép dự ứng lực, dùng các chất phụ gia chống co ngót, bố trí các loại cốt thép đặc biệt tại các vị trí cần thiết…vv. Tuy nhiên, sau khi áp dụng, người ta nhận ra rằng các giải pháp này không phải trường hợp nào cũng có thể phát huy được tác dụng của nó. Bên cạnh đó các nhà khoa học còn tìm các giải pháp để tăng cường khả năng chịu lực của bê tông thông qua việc thay đổi một số tính chất của vật liệu này bằng việc cho thêm vào bê tông một số cốt liệu muội silic và đặc biệt là việc chế tạo, thiết kế bê tông sử dụng cốt sợi. Thiết kế và sử dụng Bê tông cốt sợi là một ý tưởng được các nhà nghiên cứu quan tâm trên thế giới. Đây là giải pháp mới hiệu quả, giúp tăng cường độ kéo cho bê tông thông qua các vật liệu dạng sợi. Đối với ngành xây dựng công trình nói chung và xây dựng công trình Thủy lợi nói riêng ở Việt Nam thì nghiên cứu thiết kế, sử dụng Bê tông cốt 1 sợi trong các công trình là một vấn đề khá mới mẻ. Có khá nhiều đề tài nghiên cứu về Bê tông cốt sợi của nhiều đơn vị như: Đại học Xây dựng Hà Nội, Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, Đại học Bác khoa Tp Hồ Chí Minh…vv, nhưng phần lớn các nghiên cứu chỉ tập trung vào lĩnh vực xây dựng dân dụng, giao thông vận tải. Trong khi đó, những nghiên cứu Bê tông cốt sợi phục vụ cho thiết kế công trình Thủy lợi còn rất hạn chế. Đứng trước nhu cầu thực tiễn, kế thừa và phát triển từ những đề tài nghiên cứu đã có từ trước, tác giả đã nghiên cứu đề tài “lựa chọn bê tông cốt sợi thi công cống khu 6,7 – Đô thị phía Nam, thành phố Bắc Giang”, nhằm tìm ra loại cốt sợi phù hợp và thiết kế Bê tông cốt sợi tối ưu, khắc phục những nhược điểm của Bê tông thông thường, từ đó đưa ra kiến nghị và một số giải pháp áp dụng vào thi công công trình Thủy lợi để đạt hiệu quả cao. 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu * Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan về tình hình sử dụng bê tông cốt sợi tại Việt Nam và trên thế giới. - Nghiên cứu sử dụng vật liệu chế tạo bê tông cốt sợi. - Lựa chọn các loại vật liệu, phụ gia khoáng và phụ gia hoá học phù hợp, cũng như lượng dùng thích hợp để sản xuất bê tông cốt sợi. - Ứng dụng bê tông cốt sợi cho cống khu 6,7 - Đô thị phía Nam, thành phố Bắc Giang. * Phương pháp nghiên cứu: - Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu về bê tông cốt sợi cho một số công trình đã được xây dựng ở Việt Nam và nước ngoài. - Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu chế tạo bê tông cốt sợi. Thiết kế cấp phối bê tông cốt sợi. Thí nghiệm một số tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông và bê tông cốt sợi đã rắn chắc. - Tính toán kết cấu cống sử dụng bê tông cốt sợi. 3. Kết quả đạt được Lựa chọn được vật liệu, thiết kế cấp phối bê tông cốt sợi M30, áp dụng cấp phối đã được thiết kế cho công trình cống khu 6,7 – Khu đô thị phía Nam – Thành phố Bắc Giang. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI 1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi trên Thế giới Từ thời kỳ Ai Cập và Babylon, người ta đã biết dùng một số loại sợi từ thân cây hay lông ngựa để tăng cường mức độ liên kết cho gạch thô, tường trát bùn, thạch cao…vv. Những năm đầu 1960, người ta bắt đầu nghiên cứu về bê tông cốt sợi. Bê tông cốt sợi (BTCS) đã được nghiên cứu rộng khắp trên thế giới trong nhiều thập kỷ qua, đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về khả năng ứng xử của bê tông cốt sợi từ trạng thái hỗn hợp đến rắn chắc và cả độ bền của bêtông cốt sợi trong những điều kiện làm việc khác nhau. Về khả năng ứng xử của bê tông cốt sợi ở trạng thái hỗn hợp, tại Mỹ đã nghiên cứu ảnh hưởng của sợi tổng hợp đến hỗn 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 0,075% đến 0.5% tính theo thể tích của bê tông. Những loại sợi tổng hợp được nghiên cứu bao gồm : sợi Nylon 6, sợi Poly-propylene (PP), sợi Polyester. Những loại sợi này có chiều dài 19 mm, 25 mm và 38 mm. Sợi PP ở dạng bó sợi, sợi Nylon 6 và sợi Polyester ở dạng đơn mảnh. Qua kết quả nghiên cứu các nhà khoa học đưa ra kết luận: độ dẻo của hỗn hợp bê tông giảm xuống khi sợi được đưa vào trong hỗn hợp bê tông, sự giảm xuống về độ dẻo càng tăng khi hàm lượng sợi tăng lên. Sự suy giảm về độ dẻo của hỗn hợp bê tông sử dụng các loại sợi tổng hợp khác nhau sẽ khác nhau. Độ dẻo (độ sụt) của hỗn hợp bê tông cốt sợi giảm xuống khi chiều dài sợi tăng lên (Bảng 1.1). Khảo sát sự thay đổi về cường độ chịu nén của bê tông khi hàm lượng sợi Nylon 6 thay đổi từ 0% đến 0,1% tính theo thể tích của bê tông thấy rằng: cường độ bê tông hầu như không bị thay đổi khi hàm lượng sợi dùng ít hơn 0,1% theo thể tích của bê tông. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của sợi tổng hợp đối với sự dẻo dai và khả năng chống va đập của bê tông thông qua thí nghiệm uốn dầm tiêu chuẩn 150x150x600 mm và thí nghiệm búa rơi tự do, sợi sử dụng bao gồm sợi Nylon 6; sợi PP; sợi Polyester (PE) có chiều dài 19 mm ở dạng đơn mảnh, hàm lượng sợi thay đổi từ 0,075% đến 0,5% thấy rằng: độ dẻo dai và khả năng chống va đập của bêtông tăng lên khi sử dụng 0,5% cốt sợi tổng hợp phân tán. 3 Bảng 1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi tổng hợp đối với các tính chất của hỗn hợp bê tông. Mẫu nghiên Loại sợi cứu Hàm lượng Độ sụt Khối lượng thể tích sợi (kg) (mm) (kg/m3) Đối chứng - 0 178 2331 NL1 Nylon6 0,45 140 2371 NL2 Nylon6 0,6 133 2290 NL3 Nylon6 0,9 102 2358 PP1 Poly-propylene 0,6 133 2371 PP2 Poly-propylene 0,9 165 2317 PE Polyester 0,6 133 2371 Tại trường đại học Michigan ở Mỹ, người ta đã tiến hành công trình nghiên cứu bê tông cường độ cao gia cường cốt sợi dùng cho các công trình giao thông. Cường độ của bê tông nghiên cứu yêu cầu đạt 350 daN/cm2 (35 MPa) trong 24 giờ, sợi được sử dụng bao gồm sợi thép và sợi Poly-propylene (PP) với hàm lượng sợi thay đổi 1% và 2%. Sợi thép có 2 loại với cùng một đường kính 0,5 mm nhưng có chiều dài lần lượt là 30 và 50 mm. Sợi PP có chiều dài 12 và 19 mm với đường kính sợi là 0,095 mm. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng và loại sợi đến các tính chất cơ học của bê tông như: cường độ chịu kéo, nén và uốn và độ dẻo dai. Kết quả nghiên cứu kết luận rằng: yêu cầu về cường độ đạt 35MPa trong 1 ngày thường khó đạt được khi sử dụng sợi PP. Sợi PP dùng với hàm lượng 1% và 2% làm cho cường độ của bê tông giảm xuống đáng kể. Trái lại, cường độ của bê tông có thể đạt được hoặc vượt quá 35 MPa trong 24 giờ khi sử dụng sợi thép, đặc biệt là sử dụng với hàm lượng 2%. Môđun đàn hồi của bê tông giảm xuống khi hàm lượng sợi PP tăng lên, và tăng lên khi hàm lượng sợi thép tăng. Tuy nhiên, khi sử dụng kết hợp sợi thép dài 30 mm và sợi PP thì cường độ và môđun đàn hồi của bê tông cốt sợi ở 1 ngày giảm xuống gần 50%. 4 Bê tông cường độ cao gia cường cốt sợi PP cho kết quả cường độ chịu uốn thấp hơn nhiều so với sợi thép và gần bằng với bê tông cường độ cao không gia cường sợi. Tuy nhiên, sợi PP làm cho tính dẻo dai của nền bê tông cường độ cao được cải thiện rất nhiều so với lúc không gia cường sợi. Bảng 1.2. Kết quả nghiên cứu sử dụng BTCS cho công trình giao thông ở Mỹ. Ký hiệu Ký hiệu Môđun đàn hồi Cường độ chịu nén cấp phối mẫu (MPa) (MPa) Đối chứng 1DA 28903 35 Đối chứng 28DA 26874 49 A1%S3 1DA 30856 42 A1%S3 28DA 33439 54 A1%S5 1DA 18886 35 A1%S5 28DA 25746 44 A1%P0,75 1DA 20482 29 A1%P0,75 28DA 19530 39 A2%S3P0,5 1DA 10605 33 A2%S3P0,5 28DA 24060 42 C1%S5 1DA 17332 38 C1%S5 28DA 28658 59 C1%P0.5 1DA 19691 24 C1%P0.5 28DA 20461 41 Trong đó: S3: sợi thép dài 30 mm; S5: sợi thép dài 50 mm; P0,5: sợi PP dài 12 mm; P0,75: sợi PP dài 19 mm; SP: hỗn hợp sợi thép và sợi PP; A: hỗn hợp bê tông không có Silica fume; C: hỗn hợp bê tông có sử dụng Silica fume. 5 Trong nhiều năm qua ở trên thế giới, người ta đã ứng dụng Bê tông cốt sợi phân tán vào trong 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 tấm bê tông cốt sợi này có kích thước là (10,7x14x0,15) m và (1,5x6,7x0,15) m. Loại sợi được sử dụng trong công trình này là sợi thép, hàm lượng sợi sử dụng là 106 kg/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 sử dụng công trình. Năm 1970 ở 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 thép thẳng được sử dụng với hàm lượng là 120 kg/m3. 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 (100 mm) nhỏ hơn so với đường làm bằng bê tông thông thường (180 mm) 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 thép phân tán, hàm lượng sợi sử dụng là 60 kg/m3 để góp phần làm tăng khả năng chống mài mòn và chống co ngót cho đường băng. Bên cạnh những lĩnh vực ứng dụng như trên, từ những năm 1980 trở lại đây, sợi thép và sợi Poly-propylene được sử dụng rất phổ biến cho bê tông bơm phụt theo cả quy trình khô và quy 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 chứa rác để giảm thiểu sự xâm nhập của nước và sự rò rỉ của chất độc có hại ra bên ngoài…… Cầu đi bộ Sherbrooke thuộc tỉnh bang Quebec của Canada là công trình kiến trúc kỹ thuật đầu tiên xây dựng bằng Bê tông cốt sợi thép cường độ rất cao trên thế giới vào 6 năm 1997. Với khẩu độ 60 m, kết cấu dành cho người đi bộ này được đúc sẵn và ứng lực trước, mặt cầu làm bằng Bê tông cốt sợi thép cường độ cực cao. Hình 1.1. Cầu đi bộ Sherbrooke ở Sherbrooke, Quebec, Canada Cầu Bourg-les-Valence ở Đông nam nước Pháp. Cầu được làm bằng Bê tông cốt sợi thép cường độ cao, gồm 2 nhịp dài khoảng 20 m và hoàn thành năm 2001. Thông số kỹ thuật của cầu: Chiều dài 22,5 m, chiều rộng 2,4 m, chiều cao 0,9 m, bề dày 11 cm, chịu tải 37 tấn. Ngoài ra, bê tông cốt sợi còn được thi công tại đường sân bay ở Bỉ, thi công mặt đường bến cảng tại Tây Ban Nha, thi công hầm đường sắt tại Anh … . Dưới đây là một số hình ảnh về công trình xây dựng ở nước ngoài ứng dụng bê tông cốt sợi trong thi công và đạt hiệu quả rất cao. Hình 1.2. Cầu Bourg-les-Valence ở Đông nam nước Pháp 7 Hình 1.3. Thi công đường sân bay ở Bỉ Hình 1.4. Thi công mặt đường bến cảng tại Tây Ban Nha Hình 1.5. Thi công hầm đường sắt tại Anh 8 1.2. Nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi tại Việt Nam Tại Việt Nam vấn đề bê tông cốt sợi tổng hợp, bê tông cốt sợi thép đã bước đầu được quan tâm nghiên cứu và công bố tại Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, Đại học Xây dựng Hà Nội, Viện Khoa học công nghệ xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng quốc gia, Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải… Tại trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, TS.Nguyễn Văn Chánh cùng các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu về bê tông cốt sợi dựa trên nền vật liệu địa phương được gia cường với nhiều loại sợi khác nhau như: bê tông nhẹ cốt sợi sơ dừa, bê tông cốt sợi tổng hợp, bê tông cốt sợi thép và bê tông cốt sợi Bazan. Các tính chất của bê tông cốt sợi được nghiên cứu gồm: Cấp phối thành phần hỗn hợp, tính chất của hỗn hợp, tính chất cơ học và đặc biệt là tính dẻo dai của bê tông cốt sợi. Tại Viện Thủy công, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, PGS.TS.Hoàng Phó Uyên và nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công bê tông cốt sợi thép làm cửa van cho các cống lấy nước vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Một số công trình dân dụng, giao thông, thủy lợi đã được thi công bằng bê tông cốt sợi tại Việt Nam như: Công ty BUSECO - Vũng Tàu đang áp dụng thử nghiệm dùng thanh GFRP cho sản xuất nắp cống và cọc bê tông cốt thép. Công trình công viên Phù Đổng tại Trần Phú - Nha Trang sử dụng thanh GFRP làm bản đáy tầng hầm. Công trình đê biển Cà Mau sử dụng thanh GFRP để thi công thử nghiệm hệ thống rọ đá làm kè biển. Hạng mục nhà chiến sỹ cảnh vệ thuộc khu tưởng niệm Đại Tướng Võ Nguyên Giáp tại Vũng Chùa - Quảng Bình... Ngoài ra, một số tuyến kênh tưới, công trình hầm, sàn nhà công nghiệp...ở trong nước cũng đã được sử dụng bê tông cốt sợi. Dưới đây là một số hình ảnh đặc trưng về các công trình sử dụng bê tông cốt sợi tại Việt Nam. 9 Hình 1.6. Kênh bê tông cốt sợi thành mỏng đúc sẵn (Tổng cục Thuỷ lợi - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn có quyết định số 94/QĐTCTL-KHCN về việc công nhận tiến bộ kỹ thuật, công nghệ mới đối với sản phẩm “Kênh bê tông cốt sợi thành mỏng đúc sẵn”) Hình 1.7. Bờ kè kênh Tham Lương, TP Hồ Chí Minh sử dụng sản phẩm BTCS trong dự án chống ngập, ứng phó thiên tai, biến đổi khí hậu 10 Hình 1.8. Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc thăm quan các sản phẩm bê tông cốt sợi đúc sẵn, thành mỏng như các loại mương máng thủy lợi, hào kỹ thuật, hố ga thu nước mưa và ngăn mùi kiểu mới, các loại cấu kiện lắp ghép bảo vệ bờ sông, hồ và đê biển…. Hình 1.9. Thép polyme được sử dụng tại một hạng mục thuộc khu tưởng niệm Đại tướng Võ Nguyên Giáp, Vũng Chùa - Quảng Bình 11 Hình 1.10. Tuyến kênh tưới Nam Gò Đậu, hệ thống tưới Tháp Mão thuộc xã Phước Hưng, huyện Tuy Phước, tỉnh Bình Định sử dụng công nghệ bê tông cốt sợi thành mỏng đúc sẵn Hình 1.11. Công trình Hầm đường bộ Hải Vân là công trình nổi bật tại Việt Nam ứng dụng công nghệ bê tông cốt sợi Hình 1.12. Thi công đổ bê tông sợi thép sàn công nghiệp tại Visip Bắc Ninh Tuy nhiên, tại Việt Nam phạm vi ứng dụng còn hạn chế, chưa có nhiều công trình xây dựng thi công bằng bê tông cốt sợi. Đây chính là câu hỏi đặt ra cho các nhà thiết kế, 12