Nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme cốt sợi carbon cường độ cao (CFRP) trong việc gia cường cấu kiện BTCT chịu nén

Trong nghiên cứu này, một nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện để xác định chiều dài mối nối chồng yêu cầu của tấm CFRP và đánh giá cường độ chịu nén của bê tông khi được kiềm chế nở ngang bằng tấm CFRP. Kết quả đã chỉ ra được chiều dài mối nối chồng yêu cầu của tấm CFRP và hiệu quả gia cường của tấm CFRP đến cường độ chịu nén của bê tông.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme cốt sợi carbon cường độ cao (CFRP) trong việc gia cường cấu kiện BTCT chịu nén TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU POLYME CỐT SỢI CARBON CƯỜNG ĐỘ CAO (CFRP) TRONG VIỆC GIA CƯỜNG CẤU KIỆN BTCT CHỊU NÉN Giảng viên hướng dẫn: TS. Đào Sỹ Đán Sinh viên thực hiện: Trần Kim Long Kim Đức Anh Nguyễn Văn Bằng Trần Văn Quang Bùi Đức Dũng Lớp: Cầu Đường bộ 3 Tóm tắt: Tấm CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) là một loại vật liệu xây dựng mới, có nhiều ưu điểm nổi bật và nó đặc biệt thích hợp cho việc gia cường kết cấu bê tông cốt thép. Trong nghiên cứu này, một nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện để xác định chiều dài mối nối chồng yêu cầu của tấm CFRP và đánh giá cường độ chịu nén của bê tông khi được kiềm chế nở ngang bằng tấm CFRP. Kết quả đã chỉ ra được chiều dài mối nối chồng yêu cầu của tấm CFRP và hiệu quả gia cường của tấm CFRP đến cường độ chịu nén của bê tông. Từ khóa: CFRP, mối nối chồng yêu cầu, cường độ chịu nén của bê tông, kiềm chế nở ngang bằng tấm CFRP. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong hai thập kỷ vừa qua, việc sử dụng vật liệu CFRP để gia cường kết cấu bê tông cốt thép đã trở nên phổ biến vì những ưu điểm của chúng như cường độ chịu kéo cao, trọng lượng nhẹ, độ bền cao, phù hợp với mọi hình dạng cấu kiện, thi công nhanh chóng, dễ dàng, không ảnh hưởng đến kiến trúc, chống ăn mòn tốt… Nó đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu trước đây rằng việc sử dụng các tấm vật liệu tổng hợp CFRP giúp tăng cường khả năng chịu lực và kiềm chế sự nở hông trong cột BTCT. Tại Việt Nam, CFRP mới được biết đến trong khoảng 10 năm gần đây. Tấm CFRP được áp dụng đặc biệt trong việc sửa chữa và gia cường các công trình bằng bê tông, khi mà các giải pháp truyền thống tỏ ra không hiệu quả về tính khả thi và chi phí. Tấm CFRP được sử dụng để gia cố, tăng khả năng chịu lực của các cấu kiện BTCT như bản sàn, dầm, và cột. Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 210 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Từ những ưu điểm nổi trội trên, nhóm chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme cốt sợi carbon cường độ cao (CFRP) trong việc gia cường cấu kiện BTCT chịu nén”. Nhằm nhận xét, đánh giá khả năng làm việc và lợi ích của tấm sợi carbon khi gia cường cấu kiện BTCT chịu nén. 2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH a. Phương pháp - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp phân tích lý thuyết và tổng hợp. Hình 1. Các thiết bị phục vụ thí nghiệm b. Nội dung nghiên cứu đã thực hiện - Chế tạo các mẫu CFRP có các mối nối và các mẫu bê tông hình trụ trong được gia cường kiềm chế nở ngang bằng các lớp CFRP; - Tiến hành kéo các mẫu CFRP để tìm ra chiều dài mối nối chồng yêu cầu; - Tiến hành nén mẫu bê tông để đánh giá khả năng gia cường của tấm CFRP; - Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm. Hình 2. Các mẫu bê tông để thí nghiệm Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 211 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI c. Kết quả nghiên cứu Hình 3. Mối quan hệ giữa cường độ chịu kéo của mẫu và chiều dài mối mối chồng Hình 4. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tông và mức độ kiểm chế nở ngang bằng tấm CFRP Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 212 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận + Chiều dài mối nối chồng yêu cầu của tấm CFRP là 150 mm; + Cường độ chịu nén của mẫu bê tông phụ thuộc vào loại sợi gia cường; + Cường độ chịu nén của mẫu bê tông phụ thuộc vào số lớp sợi gia cường; + Hiệu quả gia cường phụ thuộc nhiều vào chất lượng của quá trình thi công; + Chất lượng keo epoxy dùng để chế tạo mẫu có khả năng dính bám rất tốt với các vật liệu bê tông, thép ,kính,… + Giải pháp tăng cường , sửa chữa bằng vật liệu CFRP có những ưu điểm rõ ràng so với những giải pháp truyền thống. Kiến nghị + Cần đưa ra những cơ chế , chính sách cho việc áp dụng vật liệu CFRP vào đời sống; + Cần có khảo sát đầy đủ hơn cho tất cả các loại sợi; + Số mẫu thí nghiệm phải nhiều hơn để tăng độ tin cậy; + Cần nghiên cứu thêm ứng dụng của sợi carbon trong việc gia cường cho cấu kiện chịu uốn và cấu kiện chịu cắt. Tài liệu tham khảo [1]. Giới thiệu về thiệu về công nghệ CFRP (2019), Công ty Cổ phần Công nghệ Tiên tiến Nhật-Việt (JVTek). [2]. ACI 440.2R-17 (2017), Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures, ACI Committee 440; [3]. ASTM D3039M-08 (2008), Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, ASTM; [4]. ASTM C39/C39M (2020), Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens, ASTM Committee C09; Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 213 ...