Nghiên cứu ứng xử chịu uốn của dầm sandwich sử dụng bê tông nhẹ và bê tông cốt lưới dệt

Kết cấu sandwich là kết cấu có sự kết hợp của hai hay một số dạng vật liệu có những đặc điểm chịu lực khác nhau, đôi khi là trái ngược nhau, thành một hệ thống có khả năng chịu lực tối ưu. Bài viết này trình bày một số kết quả nghiên cứu xác định ứng xử chịu uốn của kết cấu sandwich sử dụng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng xử chịu uốn của dầm sandwich sử dụng bê tông nhẹ và bê tông cốt lưới dệtHội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN CỦA DẦM SANDWICH SỬ DỤNG BÊ TÔNG NHẸ VÀ BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT Vũ Văn Hiệp1*, Nguyễn Thị Tuyết Trinh1, Phạm Thị Thanh Thủy1, Vũ Trọng Tiến2 1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội * Tác giả liên hệ: Email: hiepvv@utc.edu.vn 2 Trường Cao đẳng Xây dựng thành phố Hồ Chí MinhTóm tắt. Kết cấu sandwich là kết cấu có sự kết hợp của hai hay một số dạng vật liệucó những đặc điểm chịu lực khác nhau, đôi khi là trái ngược nhau, thành một hệ thốngcó khả năng chịu lực tối ưu. Trong khi, việc sử dụng các vật liệu riêng lại không manglại tính năng khai thác cao. Kết cấu sandwich cơ bản có mặt cắt ngang gồm ba lớp: hailớp vỏ mỏng có cường độ cao, đóng vai trò chịu lực chính, chúng được đặt cách xanhau và liên kết với nhau bằng một lớp lõi có cường độ không cao và trọng lượng nhẹ,đóng vai trò giữ ổn định cho các lớp vỏ. Với những đặc tính vượt trội, sự kết hợp giữabê tông cốt lưới dệt (Textile Reinforced Concrete, TRC) và bê tông nhẹ trong kết cấusandwich sẽ trở thành một hướng phát triển mới có khả năng áp dụng cao trong côngtrình xây dựng dân dụng [1], [2]. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu xácđịnh ứng xử chịu uốn của kết cấu sandwich sử dụng bê tông cốt lưới dệt và bê tôngnhẹ.Từ khóa: Dầm sandwich, bê tông cốt lưới dệt, TRC...1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam, các vấn đề về môi trường đã thúcđẩy cách tiếp cận phát triển bền vững vào trong ngành xây dựng nói chung. Những vậtliệu truyền thống như bê tông, thép mặc dù đang được sử dụng rất có hiệu quả trongcác kết cấu nhưng chúng vẫn tồn tại những hạn chế như trọng lượng lớn, khả năngchịu lực khai thác chưa cao và dễ bị xâm thực bởi môi trường. Do đó, một trong cáchướng nghiên cứu mới đảm bảo phát triển bền vững là tìm ra các loại cốt chịu lực phikim loại có cường độ cao và đặc biệt không bị ăn mòn có khả năng thay thế cho cốtthép. Nhiều loại vật liệu mới đã được nghiên cứu và chế tạo thành công, trong đó có bêtông cốt lưới dệt (TRC – Textile Reinforced Concrete) là một loại bê tông xi măngchất lượng cao sử dụng cốt là lưới được dệt từ sợi carbon, sợi thuỷ tinh theo các cấutrúc đặc biệt. Do cốt lưới dệt được xem là loại vật liệu bền vững với môi trường xâmthực nên chỉ cần một lớp bê tông bảo vệ rất mỏng, vì vậy cho phép tạo ra các kết cấucó ưu điểm vượt trội như khả năng chịu lực và độ bền cao nhưng trọng lượng lại thấp. -1-Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tảiBê tông cốt lưới dệt là một vật liệu mới trong lĩnh vực kết cấu bê tông, được phát triểnđầu tiên tại Đức bởi hai trung tâm nghiên cứu tại trường Đại học Kỹ thuật RWTHAachen và trường Đại học Kỹ thuật Tổng hợp Dresden từ những năm 1990 [3] [4].Các nghiên cứu ban đầu đã cho thấy TRC đặc biệt phù hợp các công trình yêu cầu vềkhả năng chống ăn mòn cao, hoặc sử dụng trong môi trường khắc nghiệt [3]. Bên cạnhđó, TRC cũng được xem là loại vật liệu phù hợp với các kết cấu nhẹ, bằng cách sửdụng TRC làm lớp vỏ chịu lực chính kết hợp với các vật liệu lõi truyền thống để tạo rakết cấu sandwich có khả năng chịu tải và vượt nhịp lớn. Các lớp lõi của kết cấu sandwich được đề xuất sử dụng bê tông nhẹ có độ cứngtương đối lớn trong khi trọng lượng nhẹ sẽ làm giảm đáng kể trọng lượng bản thân củakết cấu mà vẫn đảm bảo tính ổn định cho lớp vỏ. Ở Việt Nam, kết cấu sandwich sử dụng TRC và bê tông nhẹ là một dạng kết cấumới đang bước đầu được nghiên cứu. Để đánh giá được các tính năng cũng như khảnăng khai thác của dạng kết cấu này đòi hỏi phải có nhiều nghiên cứu về quá trìnhthiết kế, chế tạo và ứng dụng trong công trình xây dựng dân dụng nói chung. Bài báonày trình bày kết quả nghiên cứu uốn bốn điểm với các dầm sandwich để đánh giá ứngxử chịu uốn của dạng dầm sandwich này.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CHỊU UỐN CỦA DẦMSANDWICH2.1. Vật liệuBê tông hạt mịn Bê tông hạt mịn sử dụng trong nghiên cứu được chế tạo từ hỗn hợp xi măng, cátquartz, bột quartz, muội silic, tro bay, phụ gia siêu dẻo và nước. Cốt liệu lớn đượcdùng là cát quartz có cỡ hạt lớn nhất là 0,6 mm. Điều này không chỉ đảm bảo khả năngdính bám tốt với lưới sợi dệt mà còn có thể tạo ra các lớp bê tông có kích thước nhỏ vàchiều dày mỏng. Việc xác định các đặc trưng cơ học của bê tông hạt mịn được thực hiện theo tiêuchuẩn DIN EN 1015-11:2007-05 và tiêu chuẩn ASTM C469. Qua thực nghiệm, đánhgiá kết quả dựa trên các chỉ dẫn của các tài liệu ACI 363R-10, các thông số cơ học củabê tông hạt mịn thu được như sau: cường độ chịu nén đặc trưng f’c = 64 MPa, cườngđộ chịu kéo khi uốn đặc trưng fr = 4,15MPa, mô đun đàn hồi Ec = 32 GPa.Lưới sợi dệt Lưới sợi dệt loại các bon sử dụng trong nghiên cứu này được sản xuất bởi hãngV.FRAAS (Đức), có mã SITgrid004KB, với kích thước mỗi tấm là 2 m × 1,25 m.-2-Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tảiLưới sợi có trọng lượng riêng là 1,82 g/cm3 , độ mịn 1600tex (1 tex = 1g / 1000 m).Các bó sợi được phủ lớp bọc polymer có nguồn gốc từ styrene butadine với hàm lượngphủ 15%. Cấu trúc lưới được dệt với các bó sợi theo phương 0°/90°, có kích thướchình học như trên Hình 1. Hình 1. Kích thước lưới sợi carbonBê tông nhẹ Bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ keramzit có thành phần chủ yếu là sỏi keramzit,cát, xi măng, phụ gia siêu dẻo và nước. Bê tông nhẹ có khối lượng thể tích 1300kg/m3. Cá ...