Báo cáo khoa học: "tấm polyme sợi các bon (PCSC) và ứng dụng"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

95
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tổng quát về Polime sợi các bon tăng c-ờng kết cấu BTCT Các kết cấu cầu, cảng, hầm BTCT sau thời gian khai thác có thể bị h- hỏng hoặc không phù hợp với yêu cầu sử dụng về khả năng chịu lực, về quy mô. Khi đó cần sửa chữa, nâng cấp và cải tạo lại cho phù hợp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "tấm polyme sợi các bon (PCSC) và ứng dụng"

tÊm polyme sîi c¸c bon (PCSC) vμ øng dông pgs. Ts ph¹m duy h÷u Bé m«n VËt liÖu x©y dùng - §H GTVT Tãm t¾t: Bμi viÕt tr×nh bμy vÒ hiÖu qu¶ gia c−êng vμ thiÕt kÕ gia c−êng kÕt cÊu BTCT ®−îc gia c−êng b»ng hÖ Polime sîi c¸c bon vμ øng dông. Summary: Efficient Srtengthening an Design Aspects of concrete Structure Strengthened with Externaly Bonded Polime Carbondur (PCSC) and application. KiÓm tra vÒ ®é dÝnh b¸m ®· chØ ra r»ng m« 1. Tæng qu¸t vÒ Polime sîi c¸c bon h×nh tr−íc ®©y vÒ ®é dÝnh cña thÐp víi bª t«ng t¨ng c−êng kÕt cÊu BTCT cã thÓ thÝch øng ®−îc cho tÊm PCSC. C¸c kÕt cÊu cÇu, c¶ng, hÇm BTCT sau Trong 10 n¨m qua viÖc nghiªn cøu vµ thêi gian khai th¸c cã thÓ bÞ h− háng hoÆc øng dông vËt liÖu Polime sîi c¸c bon ®Ó gia kh«ng phï hîp víi yªu cÇu sö dông vÒ kh¶ c−êng kÕt cÊu BTCT ®· ®−îc triÓn khai ë n¨ng chÞu lùc, vÒ quy m«. Khi ®ã cÇn söa Ch©u ¢u, Mü, NhËt vµ Ch©u ¸. Vµo n¨m 2001 ch÷a, n©ng cÊp vµ c¶i t¹o l¹i cho phï hîp. ®· ®−îc nghiªn cøu t¹i ViÖt Nam do nhãm nghiªn cøu cña tr−êng §¹i häc Giao th«ng Nh÷ng c«ng tr×nh suy gi¶m kh¶ n¨ng chÞu vËn t¶i thùc hiÖn. lùc cÇn sö dông c¸c gi¶i ph¸p vÒ kÕt cÊu: dù øng lùc ngoµi, t¨ng c−êng cèt thÐp, t¨ng ViÖc gia c−êng c¸c kÕt cÊu bª t«ng b»ng c−êng b»ng hÖ Polime - b¶n thÐp. C¸c gi¶i c¸ch d¸n tÊm thÐp t¹i mÆt ngoµi lµ mét c«ng ph¸p nµy ®© ®−îc sö dông réng r·i ë ViÖt nghÖ ®· ®−îc ¸p dông ë ViÖt Nam. BÊt lîi cña Nam vµ cã hiÖu qu¶. c«ng nghÖ lµ nguy c¬ tÊm thÐp cã thÓ bÞ ¨n mßn t¹i vïng tiÕp gi¸p vµ träng l−îng c¸c tÊm Tuy nhiªn c¸c gi¶i ph¸p trªn th−êng yªu thÐp cßn nÆng khi thi c«ng khã Ðp chÆt tÊm cÇu thêi gian thi c«ng kÐo dµi vµ vÊn ®Ò quan thÐp vµo mÆt bª t«ng. C¸c tÊm PCSC máng, träng nhÊt lµ ph¶i b¶o vÖ c¸c vËt liÖu thÐp míi nhÑ vµ c−êng ®é cao cã −u thÕ h¬n tÊm thÐp. gia c−êng sÏ rÊt khã kh¨n. TÊm PCSC cã tÝnh chÊt hîp lý vÒ ®é bÒn l©u, HiÖn nay trªn thÕ giíi ®ang sö dông gi¶i mái vµ ¨n mßn. ph¸p gia c−êng kÕt cÊu BTCT b»ng hÖ Polime VÒ nguyªn t¾c ®¶m b¶o ®é b¸m dÝnh cÇn sîi c¸c bon (PCSC) cã hiÖu qu¶. thiÕt gi÷a bª t«ng vµ tÊm gia c−êng sîi c¸c TÊm máng Polime cèt sîi c¸c bon ngµy bon ®−îc th«ng qua c¸c mèi tiÕp gi¸p b»ng cµng thay thÕ tÊm máng ®Ó gia c−êng cho kÕt epoxy lµ yªu cÇu b¾t buéc ®èi víi kÕt cÊu cÊu bª t«ng. Theo phÐp ph©n tÝch kÕt cÊu bª ®−îc gia c−êng. §Ó thiÕt kÕ, cÇn ph¶i biÕt lùc t«ng,kiÓu dµn, mÐp cña tÊm PCSC ph¶i ®−îc b¸m dÝnh tèi ®a vµ kiÓm r¹n nøt. Ngoµi c¸c neo vµo khu vùc chÞu nÐn cña bª t«ng theo kiÓu r¹n nøt nh− ®· quan s¸t thÊy ®èi víi tÊm h−íng cña c¸c lùc kÐo. TÊm gia c−êng b»ng thÐp, tÊm PCSC cã thªm kiÓu r¹n nøt kh¸c, PCSC cã thÓ bÞ ph¸ vì do sù ph¸ vì cña ®« m« h×nh vÒ c−êng ®é dÝnh b¸m gi÷a bª t«ng b¸m dÝch däc cïng víi sù r¹n nøt cña bª t«ng. víi PCSC ®· ®−îc x¸c ®Þnh [1].
b¸m dÝnh. NÒn ªpoxy ph¶i cã ®é biÕn d¹ng C¸c kiÓm tra gÇn ®©y do EMPA (ViÖn cùc ®¹i cao ®Ó ®¶m b¶o søc chÞu t¶i cña sîi kiÓm ®Þnh vµ nghiªn cøu vËt liÖu Liªn bang ®èi víi toµn bé øng suÊt cã thÓ cã trong tÊm. Thôy Sü) tiÕn hµnh ®· ®−a ra kÕt qu¶ vÒ kh¶ §Æc tÝnh cña PCSC xem ë b¶ng1. n¨ng gia c−êng kÕt cÊu vµ t¨ng c−êng chèng tr−ît b»ng tÊm Polime cèt sîi c¸c bon h×nh B¶ng 1 ch÷ L [2]. §Æc tÝnh cña tÊm Polime sîi cacbon S M H 2. TÊm Polime sîi c¸c bon (PCSC) Lo¹i Carbo Carbo Carbo 2.1. TÊm PCSC Dur S Dur M Dur H TÊm PCSC ®−îc chÕ t¹o theo ph−¬ng M«®un ®µn håi, 165.000 210.000 300.000 N/mm2 ph¸p keo tÈm. Theo ph−¬ng ph¸p nµy sîi c¸c bon ®−îc ch¹y qua bÓ keo ªpoxy vµ qua c¸c C−êng ®é kÐo, 2.800 2.400 1.300 lß hÊp ®Ó lµm cøng. N/mm2 CÊu tróc PCSC gåm 2 phÇn: cÊu tróc §é biÕn d¹ng t¹i 1,7 1,2 0,45 c−êng ®é kÐo, % nÒn vµ cÊu tróc sîi. Gi¸ thµnh, ®/m dµi 325.000 620.000 420.000 - NÒn lµ ªpoxy - Sîi lµ sîi c¸c bon. - Sîi c¸c bon cã E = 240 - 900 MPa. 2.2. Keo dÝnh kÕt - C−êng ®é kÐo kho¶ng 3000 - 4000 MPa khi kÐo däc sîi. PhÇn lín keo dÝnh lµ ªpoxy hai thµnh phÇn trén víi cèt liÖu, c−êng ®é kÐo lín h¬n C¸c sîi c¸c bon ®−îc ®Æt chñ yÕu theo 30 MPa v−ît h¬n bª t«ng gÊp 10 lÇn. ChÊt kÕt chiÒu däc trªn nÒn ªpoxy, c¸c sîi ngang Ýt dÝnh nµy cã ®é co ngãt vµ biÕn d¹ng mái thÊp, h¬n t¹o thµnh th¶m dÖt « vu«ng. C¸c sîi c¸c søc ®Ò kh¸ng ho¸ häc tèt vµ chÞu ®−îc nhiÖt bon nµy t¹o ra søc kÐo cña tÊm PCSC theo ®é cao. ChÊt kÕt dÝnh ªpoxy víi c¸c tÝnh n¨ng chiÒu däc rÊt tèt cßn c−êng ®é kÐo ngang cña trªn thÝch hîp cho viÖc g¾n kÕt tÊm PCSC víi tÊm PCSC rÊt yÕu. mÆt ngoµi bª t«ng nhê lùc dÝnh vËt lý. TÊm PCSC cã ®é dµy 1,2 - 1,4, chiÒu Lùc dÝnh vËt lý ®−îc t¹o ra bëi søc hót réng 50 - 120 mm. Chøa 60 - 70 % (theo thÓ ph©n tö gi÷a keo vµ vËt liÖu bª t«ng. C−êng tÝch) sîi c¸c bon víi ®−êng kÝnh kho¶ng ®é cña c¸c lùc nµy phô thuéc vµo ®é s¹ch vµ 1/5000 mm ®−îc d¶i theo h−íng nhÊt ®Þnh nh¸m cña bÒ mÆt bª t«ng. BÒ mÆt bª t«ng trong th¶m ªpoxy. Sè l−îng sîi c¸c bon tõ ®−îc lµm s¹ch l¹i b»ng n−íc nãng vµ axªt«n. 1,3 - 2 triÖu sîi trong 1 tÊm, chiÒu dµi cuén B»ng c¸ch lµm nh¸m bÒ mÆt cã thÓ ®¹t ®−îc PCSC tõ 250 – 500 m. c¸c chèt dÝnh c¬ häc gi÷a chÊt keo vµ vËt g¾n TÊm PCSC cã m« ®un ®µn håi 150 – 230 kÕt. MPa, quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng lµ HiÖn nay th«ng th−êng sö dông keo tuyÕn tÝnh ®µn håi cho ®Õn khi bÞ ph¸ huû. ªpoxy hai thµnh phÇn (Sikadur 30 – 33) vµ Trong khi thiÕt kÕ mÆc dï vai trß cña c−êng ®é r¾n ch¾c tèt ë vïng kh«ng n¾ng, nhiÖt ®é tõ nÒn ªpoxy ®èi víi c−êng ®é tÊm lµ kh«ng 25 – 30oC. Qua nghiªn cøu cho thÊy ë ViÖt ®¸ng kÓ nh−ng c−êng ®é kÐo kho¶ng 60 - 90 Nam nhiÖt ®é tõ 15oC ®Õn 35oC lµ nhiÖt ®é lý MPa, cao h¬n rÊt nhiÒu so víi c−êng ®é bª t−ëng cho viÖc thi c«ng [3]. t«ng, ®¶m b¶o ®Ó chuyÓn t¶i c¸c øng suÊt
TÊm Polime sîi c¸c bon: lo¹i M; b = 6 3. Nghiªn cøu thùc nghiÖm kÕt cÊu cm; h = 1,4 mm (M614). BTCT gia c−êng c−êng b»ng Keo liªn kÕt: Sikadur30 Polime sîi c¸c bon (PCSC) TÊm Polime ®−îc d¸n víi chiÒu dµi tÊm 3.1. Môc ®Ých nghiªn cøu thùc nghiÖm Polime sîi c¸c bon lµ 25; 40; 51 cm. Môc ®Ých nghiªn cøu thùc nghiÖm lµ ®Ó quan s¸t d¹ng ph¸ ho¹i kÕt cÊu ®· gia c−êng Tèc ®é ®Æt t¶i tõ 0 – 100 KN vµ thay 10 sîi c¸c bon, chiÒu dµi cña tÊm Polime sîi c¸c KN 1 ®ît. Sau khi thÝ nghiÖm trªn 40 mÉu thö bon, kh¶ n¨ng chÞu lùc cña kÕt cÊu ®−îc xÐt t¹i phßng thÝ nghiÖm VËt liÖu X©y dùng - §¹i th«ng qua hÖ sè t¨ng c−êng: häc GTVT ViÖt Nam. C¨n cø vµo quan hÖ gi÷a t¶i träng vµ ®é Pg KB = , vâng, quan hÖ gi÷a t¶i träng vµ biÕn d¹ng víi P0 chiÒu dµi líp PCSC, cã thÓ x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè trong ®ã: Kb,Kv,Kσ theo kÕt qu¶ ghi ë b¶ng sau: Pg – lùc g©y m« men cã t¨ng c−êng b»ng B¶ng 2 PCSC; HÖ sè t¨ng c−êng kÕt cÊu Po – lùc g©y m« men ë mÉu kh«ng gia HÖ sè c−êng. MÉu sè §· tÝnh mÉu Kb Kv Kσ HÖ sè t¨ng c−êng vÒ ®é vâng: 0 Kh«ng d¸n 1 1 - fg Kv = 1 Ld = 250 1,1 0,88 1 , f0 2 Ld = 400 1,4 0,66 1,2 trong ®ã: fg, fo - ®é vâng ë tr¹ng th¸i 0 vµ tr¹ng 3 Ld = 510 1,6 0,625 1,33 th¸i cã t¨ng c−êng. Nh− vËy khi chiÒu dµi cña tÊm PCSC HÖ sè t¨ng c−¬ng vÒ øng suÊt: t¨ng th× hÖ sè t¨ng c−êng ®¹t tèi ®a 1,6 vÒ lùc σg Kσ = vµ 1,33 vÒ øng suÊt vµ biÕn d¹ng. , σ0 VÒ trÞ sè øng suÊt khi líp d−íi cña bª trong ®ã: t«ng ®· xuÊt hiÖn øng suÊt kÐo max σKmax = 50 daN/cm2 th× øng suÊt ®o ®−îc trong b¶n σg - øng suÊt cña mÉu cã gia c−êng; PCSC chØ ®¹t tèi ®a kho¶ng 80 MPa, tøc lµ chØ σo - øng suÊt cña mÉu kh«ng gia c−êng. ®¹t kho¶ng 5 – 7% øng suÊt kÐo tèi ®a cña PCSC. 3.2. Thùc nghiÖm C¸c d¹ng ph¸ ho¹i mÉu thö th−êng tËp MÉu thö lµ dÇm BTCT víi bª t«ng M30 trung ë ba hiÖn t−îng sau: tuæi 28 ngµy víi kÝch th−íc mÉu 10x10x60 cm (mÉu chuÈn theo TCVN vµ Quèc tÕ). Méu cã * VÕt nøt: VÕt nøt xuÊt hiÖn th−êng ë cèt thÐp 4Φ10 vµ cèt thÐp ®ai Φ6 víi a = 10 ph¹m vi ngoµi vïng t¨ng c−êng tÊm Polime cm. sîi c¸c bon. Sau ®ã ph¸t triÓn th¼ng lªn vµ cã xu h−íng lµm bËt líp bª t«ng ë phÝa d−íi tÊm Xi m¨ng Hoµng Th¹ch PC40 cètl iÖu ®· Polime sîi c¸c bon. kiÓm tra phï hîp víi tiªu chuÈn TCVN.
* Bª t«ng ë vïng chÞu nÐn d−íi ®iÓm ®Æt Theo chiÒu dµi kÕt cÊu c¸c tÊm: t¨ng t¶i th−êng bÞ ph¸ ho¹i sau khi xuÊt hiÖn vÕt c−êng nªn bè trÝ theo chiÒu dµi cña kÕt cÊu v× nøt ë vïng kÐo, tÊm Polime sîi c¸c bon kh«ng nÕu kh«ng c¸c vÕt nøt cã thÓ thay ®æi vÞ trÝ ra bÞ bong ra. ngoµi phÇn ®· gia c−êng. Trong tr−êng hîp lµ kÕt cÊu dÇm kho¶ng 40 – 50 cm nªn bè trÝ * Tr¹ng th¸i ph¸ ho¹i cuèi cïng lµ dÇm bÞ mét nÑp ®Ó t¨ng c−êng kh¶ n¨ng dÝnh b¸m ph¸ ho¹i theo mÆt nghiªng ë vÞ trÝ gèi kª hoÆc cña tÊm PCSC víi dÇm bª t«ng. Cßn víi kÕt ë ngoµi vïng cã d¸n tÊm Polime cèt sîi. §iÒu cÊu b¶n th× kh«ng cÇn bè trÝ. nµy chøng tá viÖc gia c−êng lµ cã hiÖu qu¶ ®Õn d¹ng ph¸ ho¹i. 5. KÕt luËn Tõ nghiªn cøu thùc nghiÖm cho thÊy 4. NhËn xÐt vÒ kÕt qu¶ thùc nghiÖm r»ng: vμ kiÕn nghÞ vÒ thiÕt kÕ kÕt cÊu * HÖ sè t¨ng c−êng cã thÓ ®¹t tõ 1,3 - 1,5. Qua nghiªn cøu thùc nghiÖm cho thÊy * C¸c khu vùc ph¸ ho¹i n»m ë ngoµi r»ng: ph¹m vi gia c−êng b»ng tÊm Polime sîi c¸c * HÖ sè Kb nªn chän tõ 1,3 – 1,4 ®Ó ®¶m bon. b¶o cã thÓ t¨ng c−êng kh¶ n¨ng chÞu kÐo mµ * VÒ ph−¬ng diÖn thiÕt kÕ cã thÓ ¸p dông phÇn chÞu nÐn chÝnh bÞ ph¸ ho¹i. c¸c gi¶ thiÕt vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh cña kÕt cÊu * TÊm b¶n Polime sîi c¸c bon cã ®é dÝnh bª t«ng. V× c−êng ®é cña tÊm Polime sîi c¸c b¸m cao víi bª t«ng vµ lµm viÖc chung víi bª bon rÊt cao nªn bè trÝ thµnh c¸c d¶i c¸ch t«ng tèt. nhau Ýt nhÊt lµ 2b ®Ó gi¶m gi¸ thµnh gia c−êng. * Do hiÖn t−îng ph¸ ho¹i bËt líp bª t«ng ë d−íi tÊm PCSC nªn c¸c kÕt cÊu ®Æc biÖt ®Ó * Cã thÓ sö dông Polime sîi c¸c bon gia chèng viÖc nµy vÉn cßn cÇn nghiªn cøu tiÕp c−êng b¶n vµ dÇm BTCT. tôc. * øng suÊt ë trong bª t«ng vïng nÐn vµ Tµi liÖu tham kh¶o vïng kÐo (gi¶ ®Þnh) phï hîp víi øng suÊt ®o [1] Ph¹m Duy H÷u. øng dông Polime sîi c¸c bon ®−îc trong bª t«ng. söa ch÷a cÇu. B¸o c¸o ®Ò tµi NCKH 2001 – Bé V× líp Polime sîi c¸c bon cã c−êng ®é Gi¸o dôc vµ §µo t¹o. qu¸ cao, nªn øng suÊt sö dông trong tÊm [2] C¸c nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn míi nhÊt vÒ gia th−êng lµ thÊp, R = 70 – 80 MPa chiÕm 3,5%o c−êng kÕt cÊu b»ng c«ng nghÖ g¾n kÕt tÊm – 5%o so víi øng suÊt ph¸ ho¹i cña tÊm Polime sîi c¸c bon (PCSC) (The latesr R and D Polime. Trong c¸c thiÕt kÕ kÕt cÊu theo chiÒu in Structural Strengthening with Bonded CFRP ngang nªn bè trÝ c¸c tÊm cã kho¶ng c¸ch nhÊt Plates). ®Þnh: kho¶ng c¸ch nµy Ýt nhÊt lµ 2b (b – bÒ [3] Ph−¬ng diÖn thiÕt kÕ kÕt cÊu bª t«ng ®−îc gia réng cña tÊm) vµ th«ng th−êng cã thÓ ®Õn 15 c−êng mÆt ngoµi b»ng tÊm Polime sîi c¸c bon – 20 cm ®Ó khai th¸c hÕt kh¶ n¨ng chÞu lùc (tÊm PCSC) (Design Aspects of Concrete cña tÊm Polime sîi c¸c bon vµ ®¶m b¶o tÝnh Struture Strengthened with Externally Bonded kinh tÕ cho gi¶i ph¸p gia c−êng. CFRP Plates)