Ứng dụng vật liệu composite kỹ thuật gốc xi măng (ECC) trong sản xuất cấu kiện bê tông trang trí cho công trình dân dụng

Bài viết trình bày các kết quả nghiên cứu thành phần, tính năng của ECC và các công trình kiến trúc thực tế đã được công ty Z-Beton thực hiện bằng vật liệu ECC tại Việt Nam trong thời gian gần đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng vật liệu composite kỹ thuật gốc xi măng (ECC) trong sản xuất cấu kiện bê tông trang trí cho công trình dân dụng Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE KỸ THUẬT GỐC XI MĂNG (ECC) TRONG SẢN XUẤT CẤU KIỆN BÊ TÔNG TRANG TRÍ CHO CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG Nguyễn Tuấn Cường 1, Nguyễn Hữu Duy1, Vũ Việt Hưng1* Phân hiệu tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông vận tải, 1 Số 450-451 Lê Văn Việt, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh * Tác giả liên hệ: Email: hungvv_ph@utc.edu.vn. Tóm tắt. Các ý tưởng kiến trúc trang trí dân dụng hiện đại được đột phá bởi các thiết kế đồ họa trên máy tính và thường được hiện thực hóa bởi kỹ nghệ sắt (thép, inox), nhôm hoặc gỗ và vật liệu gốc xi măng đang được nghiên cứu phát triển để ứng dụng. Trong đó vật liệu composite kỹ thuật gốc xi măng được biết với tên gọi là ECC (Engineered Cementitious Composite) với các tính năng như: độ chảy xòe cao, cấu trúc hạt mịn nên dễ tạo hình, cường độ chịu kéo cao nên có thể không cần bố trí cốt thép cho các cấu trúc thanh mảnh trong các kết cấu kiến trúc dân dụng. Với vật liệu ECC, có thể triển khai các kiến trúc trang trí trong công trình dân dụng một cách hiệu quả cao mà bê tông thường không thể tạo được và tạo ra tính độc đáo cho điểm nhấn kiến trúc của một công trình. Trong khuôn khổ bài báo, nhóm tác giả trình bày các kết quả nghiên cứu thành phần, tính năng của ECC và các công trình kiến trúc thực tế đã được công ty Z-Beton thực hiện bằng vật liệu ECC tại Việt Nam trong thời gian gần đây. Từ khóa: bê tông cốt sợi, composite, tro bay, cát mịn, bê tông trang trí, ECC. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Bê tông là vật liệu được lựa chọn thiết kế cho các tòa nhà cao tầng và các công trình cơ sở hạ tầng trên thế giới tồn tại qua nhiều thế kỷ. Để đáp ứng nhu cầu cho các dự án tiên tiến này, bê tông phải cứng hơn, bền hơn và dễ gia công hơn. Các tính năng cao của các loại bê tông tiên tiến như bê tông tự đầm (SCC), bê tông tính năng cao (HPC), bê tông siêu tính năng (UHPC), bê tông bột cốt sợi (RPC),…đã đáp ứng được các yêu cầu cho các kết cấu nhà cao tầng, cầu lớn,…hoặc các ứng dụng sửa chữa kết cầu có yêu cầu phức tạp. Tuy nhiên, đối với kết cấu bê tông trang trí lại có những đòi hỏi khắc khe trong việc tạo hình với các hoa văn, hình dáng phức tạp, kích thước chi tiết thanh mảnh khó bố trí cốt thép. Với vật liệu ECC có thể khắc phục các hạn chế của bê tông thường khi tạo hình các cấu kiện bê tông trang trí. Nhược điểm của bê tông thông thường là không đúc được cấu kiện thành mỏng, cường độ thấp; trong khi đó các yêu cầu điển hình của bê tông trang trí: 1. Dễ tạo hình -572- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải dáng; 2. Không bố trí cốt thép hoặc bố trí rất đơn giản; 3. Yêu cầu cường độ cao để đạt được độ thanh mảnh. ECC là vật liệu composite kỹ thuật gốc xi măng được xem như là một loại đặc biệt của bê tông chất lượng cao. Một số đặc điểm cơ bản nhất khác biệt của ECC so với bê tông thông thường (Hình 1) [1]: + Tính dẻo cao khi chịu kéo với sự xuất hiện của nhiều vết nứt nhỏ, dẫn đến kết cấu không bị phá hoại đột ngột và bền vững. + Kết cấu dùng vật liệu ECC trong vùng chịu kéo có ứng xử biến dạng cứng giống như vật liệu kim loại dẻo. + Điều đặc biệt nhất là khả năng biến dạng kéo của ECC gấp vài trăm lần so với bê tông thường (NSC). Biến dạng khi kéo trực tiếp có thể đạt hơn 4% và tới 12%. + Bê tông thường bị gãy khi phá hoại và khả năng chịu uốn thấp, trong lúc đó ECC thể hiện khả năng uốn cao và chỉ xuất hiện vết nứt nhỏ,… Ứng xử kéo trực tiếp của ECC [2] Thí nghiệm uốn 4 điểm tấm ECC[1] Hình 1. Đặc điểm cơ bản và khác biệt của ECC so với bê tông thường. Ngoài ra, một số đặc điểm cơ học khác của ECC tương tự như bê tông thường [1]: + Cường độ của ECC tương tự như bê tông thường hoặc bê tông cường độ cao từ 30 đến 100 MPa. + Mô đun đàn hồi của ECC khoảng 20 đến 35 MPa, thường nhỏ hơn một ít so với bê tông thường vì ECC không có sử dụng cốt liệu thô. Cấp phối cơ bản của ECC bao gồm: xi măng, tro bay, cát mịn, phụ gia giảm nước, sợi (có thể dùng sợi PVA (Polyvinyl alcohol fibers) hoặc như sợi thép, sợi thủy tinh, sợi PP, và các loại sợi khác nhau). Để đảm bảo tính kinh tế và đặc tính cơ học, thông thường ECC được thiết kế với cường độ từ 40 đến 60 MPa (C45), sợi được sử dụng để đảm bảo khả năng chịu kéo cao của ECC. ECC có độ chảy cao và do đó rất phù hợp trong việc thi công các kết cấu không cần tác động của đầm rung. Sự khác biệt của ECC với bê tông thường có thể được tóm tắt qua bảng sau [3]: -573- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Bảng 1. Sự khác biệt của ECC với bê tông thường. Đặc khác biệt Bê tông thường ECC Tính chất Giòn, không thể uốn cong Dẻo, có thể uốn cong linh hoạt Độ bền Theo thời gian, bê tông ECC không phát triển vết nứt thường phát triển các vết và khuyết tật như bê tông nứt và các khuyết tật khác thường Khả năng chống động đất Trong điều kiện động đất, Không dễ bị vỡ do chuyển bê tông thường hình thành động của động đất nên có khả các vết nứt hoặc có thể bị năng chống động đất mạnh sụp đổ. hơn. Khả năng phục hồi sau Bê tông thường có lượng xi ECC có khả năng phục hồi khi nứt măng tự do ít hơn, làm cao, có thể thể tự chữa lành giảm khả n ...