Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt hỗn hợp thép và polyme cốt sợi thủy tinh (GFRP) bị ăn mòn bởi ion clorua

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thanh polymer cốt sợi thủy tinh (GFRP) với những ưu điểm như cường độ cao, không bị ăn mòn, không từ tính có thể được sử dụng như cốt chịu lực trong các kết cấu công trình bằng bê tông làm việc trong môi trường xâm thực. Bài viết này trình bày nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông cốt hỗn hợp thép-thanh GFRP (hay cốt SGFRP) bị ăn mòn bởi ion clorua. 02 mẫu dầm bê tông cốt SGFRP được chế tạo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt hỗn hợp thép và polyme cốt sợi thủy tinh (GFRP) bị ăn mòn bởi ion clorua

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021. 15 (3V): 16–26 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT HỖN HỢP THÉP VÀ POLYME CỐT SỢI THỦY TINH (GFRP) BỊ ĂN MÒN BỞI ION CLORUA Nguyễn Tuấn Ninha , Trịnh Hoài Linha , Đỗ Văn Hảia , Khúc Văn Tàia , Nguyễn Trung Hiếua,∗ a Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng,quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 31/05/2021, Sửa xong 21/06/2021, Chấp nhận đăng 23/06/2021 Tóm tắt Thanh polymer cốt sợi thủy tinh (GFRP) với những ưu điểm như cường độ cao, không bị ăn mòn, không từ tính có thể được sử dụng như cốt chịu lực trong các kết cấu công trình bằng bê tông làm việc trong môi trường xâm thực. Bài báo này trình bày nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông cốt hỗn hợp thép-thanh GFRP (hay cốt SGFRP) bị ăn mòn bởi ion clorua. 02 mẫu dầm bê tông cốt SGFRP được chế tạo. Bên cạnh đó, để có sự đánh giá tương quan ảnh hưởng của thanh GFRP đến ứng xử của dầm, 02 mẫu dầm bê tông cốt thép thường có cùng cấu tạo cốt thép như dầm bê tông cốt hỗn hợp cũng được chế tạo. Thí nghiệm ăn mòn đẩy nhanh bằng phương pháp ăn mòn điện hóa được tiến hành trên 04 mẫu dầm, cho đến khi xuất hiện các vết nứt trên bề mặt dầm, do cốt thép bị ăn mòn gây ra. Tiếp đến, các mẫu dầm bị ăn mòn được thí nghiệm uốn bốn điểm cho đến khi phá hoại. Kết quả thực nghiệm thu được cho phép làm rõ ứng xử uốn của dầm bê tông cốt SGFRP khi cốt thép bị ăn mòn cũng như vai trò của thanh GFRP trong việc phân tán các vết nứt do uốn và gia tăng khả năng chịu lực của dầm. Từ khoá: ăn mòn; cốt hỗn hợp thép - GFRP; ứng xử uốn; nứt. EXPERIMENTAL STUDY ON FLEXURAL BEHAVIOR OF CONCRETE BEAMS REINFORCED WITH HYBRID GFRP AND STEEL BARS CORRODED BY CHLORIDE ION Abstract Glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars with its advantages of high strength, corrosion-resistance, and nonmagnetic can be used as reinforcement in concrete structures working in corrosive environments. This paper presents an experimental research on flexural behavior of hybrid concrete beams reinforced with steel and GFRP bars (referred to SGFRP). Two hybrid concrete beams SGFRP were made. Beside that, to have a correlative assessement of the influence of GFRP bars on concrete beam behavior, two normal concrete beams having the same reinforcing steel bars were made. Accelerated corrosion test by electro-chemical corrosion method was conducted on 04 beam samples, until cracks, caused by corroded steel bars, appeared on the beam surfaces. Next, the corroded beams were subjected to a four-point bending test until failure. The obtained experimental results allow to clarify the flexural behavior of SGFRP concrete beams when the reinforcement is corroded as well as the role of GFRP bars in dispersing flexural cracks and increasing the bearing capacity of the beams. Keywords: corrosion; hybrid steel-GFRP bar; flexural behavior; crack. https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(3V)-02 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: hieunt@nuce.edu.vn (Hiếu, N. T.) 16
44 44 các yếu các yếu tố tố hóa hóa học học như như khu khuvựcvựcven venbiểnbiểnvới vớisựsựcócómặt mặtcủacủaionionclorua, clorua,khukhuvựcvựccác cácnhànhà 45 45 máy công máy công nghiệp nghiệp sửsử dụng dụng hóahóa chấtchất (nhà (nhà máymáy giấy, giấy, nhà nhà máymáyphânphânbón…), bón…),khu khuvực vựcđô đô 46 46 thị chịu thị chịu tác tác động độngcủacủakhí khícác-bo-níc các-bo-níc(CO (CO222).).Theo Theothống thốngkê kêcủa củanhiều nhiềutổ tổchức chứcnghiên nghiêncứucứu 47 47 trênthế trên thếgiới, giới,ăn ănmòn mòncốt cốtNinh, thépN.làlà thép nguy T.,nguy và cơchí cs. / cơ Tạp hàng hàng đầuCông Khoađầu học gâynghệ gây rarahư hưdựng Xây hỏngcông hỏng côngtrình. trình.ỞỞnước nước 48 48 ta, một ta, một số nghiên số 1. Đặt nghiên vấn đề cứucứu đãđã thực thực hiện hiệncho chothấythấycó cóđến đến90%90%các cáccông côngtrình trìnhxây xâydựng dựngnhànhàởở 49 49 vùng ven vùng ven biểncốt Ăn biển mòn không không đảmkết đảm thép trong bảo bảocấu yêu yêu cầucốt cầu bê tông vềthép về chiều chiều dàylớp dày (BTCT) lớp là bêtrong bê một tôngnhững tông bảovệ bảo vệcốt cốtnhân nguyên thépcơ thép vàbản và số số 50 50 lượng lượng các gâycác ra hưcông công trình hỏngtrình bịkết bị của các hưcấu hư hỏng hỏngcông nặng nặng sau trình.sauHư1010 năm năm hỏng sửmòn sử do ăn dụng dụng chiếm cốtchiếm một một thép xảy sốlượng số ra chủ lượng yếu đáng với đáng các kể kể công 51 51 [1]. trình xây dựng ở các khu vực chịu nhiều tác động của các yếu tố hóa học như khu vực ven biển với [1]. sự có mặt của ion clorua, khu vực các nhà máy công nghiệp sử dụng hóa chất (nhà máy giấy, nhà 52 52 Trên máyTrên Hình. . 1),1 khu phân Hình bón. trình trình vựcbày bày một đô một thị chịu sốtác số hình hình động ảnh củahư ảnh hư hỏng khíhỏng kếtcấu các-bo-níc kết cấu2BTCT (CO BTCT ). Theo thốngcónguyên có nguyên nhân kê của nhiều nhân tổ chức nghiên cứu trên thế giới, ăn mòn cốt thép là nguy cơ hàng đầu gây ra hư hỏng công trình. Ở 53 53 do ăn do ăn nước mòn mòn cốtsố cốt ta, một thép thép nghiên gây gây ra.đãHình ra. cứu Hình thực hiện 1.acho 1.a làlà hình hình ảnh thấy cóảnhđếnhư hư hỏng 90%hỏng điển điển các công hình hình trình xâycủa của cột dựngcột BTCT,sự nhàBTCT, ở vùng ven sự 54 54 tăngbiển tăng thểkhông thể tích cốt tích cốt thép đảmthépbảo khikhicầu yêu xảyvềra xảy rachiều ănmòn ăn mòn dày lớp làm làm nứt, bênứt, bong tông bong bảo tách vệtách lớpvàbê lớp cốt thép bê tông sốtông bảo lượngbảo vệdọc các vệ công dọc theo theo trình bị 55 hư cốt thép.hỏng thép. Sự nặng Sự ăn sau ăn mòn 10 mòn có năm có thểsử dụng thể xảyxảy rachiếm một ra ởở một số một vùng lượng vùng tiết đáng kể tiết diện [1]. diện (cạnh (cạnh cột) cột) hoặchoặc trên trên toàn toàn tiếttiết 55 cốt Trên Hình 1 trình bày một số hình ảnh hư hỏng kết cấu BTCT có nguyên nhân do ăn mòn cốt thép 56 56 diện.gây diện. Hình Hình 1.b1(a) 1.b ra. Hình và Hình và làHình 1.c hình1.c ảnh chocho hư thấy thấy hỏng sự điển sựhình ăn mòn ăn mòn của xảy cộtxảy ra trên ra BTCT, trên sự kết kết tăng cấu thểcấutíchdầmdầm cốt vàkhi và thép sàn sàn BTCT BTCT xảy ra ăn 57 57 chịu uốn, mòn làm lớpnứt,bê tông bong bảo tách lớp vệ bê bị tông bong bảo vỡ, vệ dọccốt theothép chịu uốn, lớp bê tông bảo vệ bị bong vỡ, cốt thép bị suy giảm tiết diện và với mức độ cốt bị suy thép. Sựgiảm ăn mòn tiếtcó diện thể và xảy ravới ở mức một vùng độ tiết diện (cạnh cột) hoặc trên toàn tiết diện. Hình 1(b) và Hình 1(c) cho thấy sự ăn mòn xảy ra trên kết 58 58 ăn mòn ăn mòn lớn thì lớn thì có có thểthể gâygây ra ra đứt đứt cốtcốt thép thép chịuchịu kéo. kéo. Có Có thể thểthấy thấyđiểmđiểmchung chungcủa củasự sựhư hư cấu dầm và sàn BTCT chịu uốn, lớp bê tông bảo vệ bị bong vỡ, cốt thép bị suy giảm tiết diện và với 59 59 hỏngmức hỏng kếtđộcấu kết cấu BTCT ăn BTCT mòn lớn do do ănthể thì ăn có mòn mòn cốt gâycốt thép thép ra đứt là cốtlà sựchịu sự thép suykéo. suy giảm giảm tiết Cótiết diệnđiểm thể diện thấy bêbêtôngtông chung và vàcủa tiết tiết diện sựdiện hư hỏng cốt cốt 60 60 thép,kếtsuy thép, suy giảm cấugiảm BTCTlực lực do ăn bám bám dính mòndính cốt thép giữa giữa cốt cốt là sự suy thép thép giảmvà và bê tiếtbê tông, tông, diện dẫn dẫn bê tông đến vàđến sựsuy sự tiết diện suy giảm giảm cốt thép, suy khả khả giảm năng năng lực bám dính giữa cốt thép và bê tông, dẫn đến sự suy giảm khả năng chịu lực của kết cấu. 61 61 chịu lực chịu lực của của kết kết cấu. cấu. (a)(a)Cột (a) Cột BTCT Cột BTCT BTCT bị nứt bị bị nứt nứtdọc vỡ vỡ vỡ dọc dọc theo (b) (b) Dầm (b)Dầm BTCT BTCT Dầm BTCT bịbong, bị bị bong,bong, vỡ lớp vỡvỡ (c) bê (c) Cốt (c)Cốt thépchịu Cốt thép thép chịu chịu kéotrong kéokéo trong trong sàn bị cốt thép tông bảo vệ, cốt thép dọc bị gỉ gỉ, đứt theo cốt theo cốt thép thép lớpbê lớp bêtông tôngbảo bảovệ,vệ,cốt cốtthép thép sànbịbịgỉ, sàn gỉ,đứt đứt dọc bị dọc bị gỉ gỉ Hình 1. Một số hình ảnh hư hỏng kết cấu BTCT do ăn mòn cốt thép 62 62 Hình 1. Hình 1. Một Một số số hình hình ảnh ảnhhư hưhỏng hỏngkết kếtcấu cấuBTCT BTCTdo doăn ănmòn mòncốt cốtthép thép Thanh polyme cốt sợi thủy tinh GFRP (Glass Fiber-Reinforced Polymer) là sản phẩm dạng thanh 63 63 Thanh tạo Thanh nên polyme polyme bởi các cốt cốt sợi thủy tinhsợi sợi đượcthủy thủy tinh dínhtinh GFRP GFRP kết và (Glass (Glass bao bọc Fiber-Reinforced Fiber-Reinforced bởi một Polymer) Polymer) chất nhựa tổng hợp polyme làlàsản tạo nên sản cốt chịu lực. Các nghiên cứu sử dụng thanh GFRP làm cốt chịu lực trong kết cấu bê tông cho thấy tuổi 64 64 phẩm dạng phẩm dạng thanh thanh tạo tạo nên nên bởi bởi các các sợi sợi thủy thủy tinh tinh được được dính dính kết kếtvàvàbao baobọc bọcbởi bởimột mộtchấtchất thọ của vật liệu GFRP trong bê tông dài hơn nhiều so với cốt thép truyền thống và cốt GFRP là giải pháp đảm bảo độ bền cho kết cấu bê tông trong môi trường bị ăn mòn [2–6]. Hiện nay, ở nhiều nước trên thế giới đã ban hành các chỉ dẫn kỹ thuật cho việc áp dụng thanh GFRP làm cốt chịu lực cho kết 22 cấu bê tông, điển hình như ACI 440.1R [2], CSA-S806-12 [3], FIB.10 [4]. Mặc dù có những ưu điểm nói trên, thanh GFRP lại là vật liệu hoàn toàn đàn hồi tuyến tính cho đến khi phá hoại và có độ dẻo kém hơn nhiều với các thanh thép truyền thống [2, 7, 8]. Đây là một 17
Ninh, N. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng nhược điểm khi sử dụng thanh GFRP làm cốt chịu lực trong kết cấu bê tông. Qua các nghiên cứu đã được thực hiện cho thấy, khi áp dụng thanh GFRP làm cốt chịu lực cho kết cấu bê tông chịu uốn, thì mặc dù kết cấu có khả năng chịu tải cực hạn cao nhưng lại có độ võng và bề rộng vết nứt lớn do thanh GFRP có mô đun đàn hồi thấp [8–11]. Các kết cấu chịu uốn thường bị giới hạn bởi điều kiện sử dụng theo trạng thái giới hạn thứ hai nên khó phát huy được đặc tính cường độ chịu kéo cao của thanh GFRP. Đồng thời phá hoại của kết cấu bê tông chịu uốn sử dụng thanh GFRP là dạng phá hoại đột ngột và không có tính cảnh báo [8–10]. Để khắc phục những điểm hạn chế nêu trên của thanh GFRP, giải pháp sử dụng kết hợp cốt thép và cốt GFRP (viết tắt cốt SGFRP) làm cốt chịu lực trong kết cấu bê tông làm việc chịu uốn đã được nhiều tác giả nghiên cứu, mà điển hình là các kết quả trình bày trong các tài liệu [8–17]. Các kết quả thu được đều cho thấy, sử dụng cốt SGFRP làm cốt chịu lực trong kết cấu bê tông chịu uốn có thể khắc phục được những nhược điểm của việc sử dụng hoàn toàn cốt GFRP, nhất là trong việc hạn chế tình trạng nứt và phá hoại đột ngột. Đồng thời, sử dụng cốt SGFRP với cốt GFRP đặt phía ngoài, là một giải pháp phù hợp cho kết cấu bê tông làm việc trong môi trường xâm thực [18]. Nội dung bài báo trình bày một nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm bê tông cốt SGFRP trong trường hợp dầm bị hư hỏng do ăn mòn cốt thép chịu lực. Thí nghiệm ăn mòn cốt thép đẩy nhanh thông qua ăn mòn điện hóa trong môi trường dung dịch NaCl 5% được tiến hành cho đến khi các mẫu dầm xuất hiện vết nứt trên bề mặt bê tông do ăn mòn cốt thép gây ra. Tiếp đó, thí nghiệm uốn bốn điểm trên các mẫu dầm được tiến hành cho phép nghiên cứu ứng xử của các dầm bê tông cốt SGFRP đã bị ăn mòn cốt thép. Các nghiên cứu thực nghiệm trên được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm và Kiểm định công trình (LAS-XD 125), Trường Đại học Xây dựng. 2. Nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các nội dung chính sau: (1) chế tạo các mẫu dầm thí nghiệm; (2) thực hiện thí nghiệm ăn mòn đẩy nhanh bằng phương pháp ăn mòn điện hóa trong môi trường dung dịch NaCl 5% trên các mẫu dầm thí nghiệm; (3) thí nghiệm uốn các mẫu dầm bê tông cốt thép và cốt SGFRP bị ăn mòn nhằm đánh giá ứng xử uốn của các mẫu dầm cũng như xác định sự làm việc của cốt hỗn hợp SGFRP. 2.1. Mẫu thí nghiệm và vật liệu chế tạo Trong nghiên cứu này, 04 mẫu dầm có cùng kích thước hình học được chế tạo. Các mẫu dầm có chiều dài 2200 mm, kích thước tiết diện ngang b×h = 150×200 mm và được chế tạo với cùng một loại bê tông. Liên quan đến cốt chịu lực của các dầm thí nghiệm, 02 mẫu dầm, ký hiệu D-05-1, D-05-2, sử dụng cốt thép thường và 02 mẫu dầm, ký hiệu D-G-05-1, D-G-05-2, sử dụng cốt SGFRP. Việc tiến hành đồng thời thí nghiệm trên các mẫu dầm BTCT thông thường và dầm bê tông cốt SGFRP cho phép đánh giá được rõ hơn sự tham gia của thanh GFRP và của cốt hỗn hợp SGFRP vào ứng xử uốn của dầm bê tông cốt SGFRP. Với dầm bê tông cốt SGFRP, thanh GFRP được đặt ở phía ngoài cốt thép. Chi tiết kích thước hình học và cấu tạo cốt chịu lực của các mẫu dầm thí nghiệm được trình bày ở Hình 2 và Hình 3. Trên Bảng 1 giới thiệu thành phần cấp phối vật liệu chế tạo bê tông và kết quả thí nghiệm nén xác định cường độ chịu nén của bê tông, thực hiện trên 03 mẫu thử hình trụ D × H = 150 × 300 mm ở tuổi 28 ngày. Đối với cốt thép ∅12, giới hạn chảy của thép, xác định từ thí nghiệm kéo, bằng 515 MPa. Đối với cốt GFRP ∅12, cường độ chịu kéo thu được từ thí nghiệm kéo khi mẫu thí nghiệm bị phá hoại bằng 900 MPa. 18
110 111 được của rõ hơn dầm sự tham bê tông gia củaVới cốt SGFRP. thanh dầm GFRP bê tôngvà của cốt hỗn hợp cốt SGFRP, thanhSGFRP GFRPvào ứng được đặtxử uốn ở phía 111 112 của dầm ngoài cốtbê tôngChi thép. cốttiết SGFRP. Với dầm kích thước hìnhbêhọctôngvà cốt cấuSGFRP, thanh tạo cốt chịu lựcGFRP được của các đặtdầm mẫu ở phía thí 112 113 ngoài cốt nghiệm thép.trình được Chibày tiết ở kích thước Hình 2 vàhìnhHìnhhọc và cấu 3 dưới tạo cốt chịu lực của các mẫu dầm thí đây. 113 nghiệm được trình bày ở Hình Ninh, N. T., và2 cs. và/ Tạp Hìnhchí 3Khoa dướihọcđây. Công nghệ Xây dựng 114 114 115 Hình 2. Chi tiết cấu tạo dầm D-05-1 và D-05-2 115 Hình 2. Chi Hình 2. Chitiết tiếtcấu cấu tạo dầmD-05-1 tạo dầm D-05-1và và D-05-2 D-05-2 116 116 117 117 HìnhHình3. Chi tiếttiếtcấu 118 3. Chi cấutạo tạo dầm D-G-05-1 dầm D-G-05-1 và và D-G-05-2 D-G-05-2 118 Hình 3. Chi tiết cấu tạo dầm D-G-05-1 và D-G-05-2 119 Trên BảngBảng11.giới thiệu Thành phầnthành cấp phốiphầnvật cấp phối liệu chế tạovật liệu (đơn bê tông chế vị tạokg/m bê 3tông ) và kết quả 119 120 Trên Bảng 1 giới thiệu thành phần cấp phối vật liệu thí nghiệm nén xác định cường độ chịu nén của bê tông, thực hiện trên 03 mẫu thửchế tạo bê tông và kếthình quả 121 thí 120 Xitrụ nghiệm D PCB măng =nén H 30 (kg)xácCát 150 định cường 300vàng mm độĐáchịu ở tuổi (kg) 28 nén 1 × của dămngày. 2 Đốibêvới (kg) tông, cốtthực Nước théphiện (kg) trên 12, Cường 03 giới độ mẫu hạn chịu thử R28hình nénchảy của (MPa) trụ Dxác 121 thép, 122 390Hđịnh = 150từ thí300 mm ởkéo, nghiệm 680 tuổibằng 28 1210 ngày. Đối với 515 MPa. Đốicốt thép 185với 12, giới 12, cốt GFRP hạn cường 31,5 chảy của độ 122 chịu 123 thép,kéo xácthu định đượctừ thí nghiệm từ thí nghiệm kéo, kéo bằng khi 515 mẫuMPa. Đối với thí nghiệm cốt hoại bị phá GFRP bằng12,900cường MPa. độ 123 chịu kéo thuănđược từđẩy thínhanh nghiệm kéophương khi mẫu thíăn nghiệmđiệnbị phá hoại bằng 900 MPa. 124 2.2. Thí nghiệm Bảng 1. mònThành phần cấpbằng pháp phối vật liệu chế mòn tạo bê tônghóa(đơn vị kg/m3) 124 Trên HìnhBảng 1. Thành 4 trình bày sơ đồphầnthí cấp nghiệm phốiănvậtmòn liệuđẩychếnhanh tạo bêđốitông với (đơn trong3)các mẫu dầm vị kg/m cốt thép theo phương pháp ăn mòn điện hóa. Sau khi chế tạo 28 ngày, tất cả các mẫu dầm thí nghiệm được đặt 4 vào trong bể chứa và ngâm trong dung dịch NaCl 5%. Một đoạn dây dẫn điện gắn chặt với hai thanh 4 cốt thép ∅12 (gắn trước khi đổ bê tông các mẫu dầm) được đấu vào cực dương của thiết bị tạo dòng điện một chiều tạo ra điện cực dương (anot), còn cực âm của thiết bị được đấu với một dây dẫn có một đầu gắn chặt vào thanh đồng (đặt trong bể ngâm mẫu) tạo ra điện cực âm (catot). Trong thí nghiệm ăn mòn đẩy nhanh, cường độ dòng điện một chiều được lựa chọn sao cho quá trình ăn mòn đẩy nhanh gây ra tình trạng ăn mòn cốt thép phù hợp với thực tế hư hỏng của kết cấu công trình BTCT trong môi trường thực. Dựa trên cơ sở một số nghiêm cứu [19–23], đồng thời để thời gian tiến hành thí nghiệm không quá dài, cường độ cường độ dòng điện một chiều được lựa chọn, trên cơ sở diện tích tiết diện của cốt thép, bằng 25 µA/mm2 , và được duy trì trong suốt thời gian thực hiện thí nghiệm. Thí nghiệm ăn mòn được thực hiện cho đến khi xuất hiện các vết nứt trên bề mặt bê tông của các dầm thí nghiệm và có thể quan sát được bằng mắt thường. Thời gian tiến hành thí nghiệm đối với các mẫu dầm là 60 ngày. Sau khi kết thúc thí nghiệm, các mẫu dầm được vớt ra khỏi bể, để khô và tiến hành đo vẽ sơ đồ phân bố vết nứt do cốt thép bị ăn mòn gây ra trên bề mặt dầm (Hình 5). Chi tiết kết quả được trình bày ở Hình 7. Đối với sự mất mát khối lượng cốt thép do ăn mòn, thông số này được 19
136 [20-24], đồng thời để thời gian tiến hành thí nghiệm không quá dài, cường độ cường độ 137 dòng điện một chiều được lựa chọn, trên cơ sở diện tích tiết diện của cốt thép, bằng 25 138 µA/mm2, và được duy trì trong suốt thời gian thực hiện thí nghiệm. 139 140 Ninh, N. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 145 mẫu dầm được vớt ra khỏi bể, để khô và tiến hành đo vẽ sơ đồ phân bố vết nứt do cốt 146 thép bị ăn mòn gây ra trên bề mặt dầm (Hình 5). Chi tiết kết quả được trình bày ở Hình 147 7. Đối với sự mất mát khối lượng cốt thép do ăn mòn, thông số này được xác định sau 148 Tạp khi tiến chí Khoa hành học Cônguốn thí nghiệm nghệcác Xâymẫu dựng,dầm. NUCESau 2018thí nghiệm p-ISSN 2615-9058; uốn, đập vỡe-ISSN 2734-9489 các mẫu đầm 149 để lấy cốt thép bị ăn mòn. Sau khi làm sạch gỉ trên các thanh cốt thép, tiến hành cân xác 150 định mẫu 141 145 lạiHình khối lượng dầm4. Sơ đồcủa được thí các vớt ra thanh nghiệm khỏi ănthép. bể, mòn đẩyvà để khô nhanh tiến bằng hành phương đo vẽ sơpháp ăn mòn đồ phân bố điện hóado cốt vết nứt Hình 4. Sơ đồ thí nghiệm ăn mòn đẩy nhanh bằng phương pháp ăn mòn điện hóa 146 142 thép bị Thíănnghiệm mòn gây ăn ra mòntrên bề mặt được thựcdầm hiện(Hình cho đến5).khi Chixuất tiết hiện kết quả các được trình vết nứt trênbày ở Hình bề mặt 147 143 7. Đối bê tôngvới củasự cácmất dầmmátthíkhối lượng nghiệm và cốt thépquan có thể do ăn sátmòn, đượcthông bằng sốmắtnày được Thời thường. xác định giansau xác định saukhi khi tiếnhành hànhthíthí nghiệm uốn các mẫu dầm. Sau thí nghiệm uốn, đậpcácvỡmẫu các mẫu đầm để 148 144 tiến tiến hành thí nghiệm nghiệm uốn đối với cáccác mẫu mẫu dầmdầm. Sau là 60 thí Sau ngày. nghiệm uốn,thúc khi kết đậpthívỡ nghiệm, cácđầm lấy cốt 149 thép bị ăn mòn. Sau khi làm sạch gỉ trên các thanh cốt thép, tiến hành cân để lấy cốt thép bị ăn mòn. Sau khi làm sạch gỉ trên các thanh cốt thép, tiến hành cân xác xác định lại khối lượng của các thanh thép. 150 định lại khối lượng của các thanh thép. 5 151 Hình 5. Đo đạc bề rộng vết nứt trên dầm bằng thiết bị đo quang học 152 3.2. Thí nghiệm xác định sự làm việc chịu uốn của các mẫu dầm bị ăn mòn 153 Các mẫu dầm sau khi tiến hành thí nghiệm ăn mòn, để khô trong vòng 14 ngày, 154 sau đó tiếp tục tiến hành thí nghiệm uốn. Trên Hình 6 trình bày sơ đồ thí nghiệm. Các 155 mẫu dầm đượcHình thí nghiệm theo sơ đồ vết uốnnứtbốntrênđiểm, dưới tác dụng củaquang hai tải trọng tập 151 Hình 5.5.Đo Đođạc đạcbềbềrộng rộng vết nứt trên dầm dầm bằng bằng thiết thiết bị bị đođoquang họchọc 156 trung P, có độ lớn bằng nhau và cách đều gối tựa mỗi bên một đoạn bằng 800 mm. Sử 152 3.2. Thí nghiệm xác định sự làm việc chịu uốn của các mẫu dầm bị ăn mòn 157 dụng kích thủy lực, trạm bơm dầu và dầm phân tải để tạo ra hai tải trọng này (tải trọng 153 đầu Các kích cóxác mẫu giáđịnh trị dầm2P). bằng sauGiá khi trị tiếntảihành trọng thí nghiệm ăn mòn, dầmbịđể khôxáctrong vòng 14 qua ngày, 158 2.3. Thí nghiệm sự làm việc chịu uốn củatác dụng các mẫulêndầm được ăn mòn định thông 159 154 dụngsau đó lực cụ đo tiếpđiện tục tiến hành cell). tử (Load thí nghiệm Để đo uốn. chuyển Trênvị Hình của dầm6 trình dướibàytácsơdụng đồ thí củanghiệm. Các tải trọng, Các 155 mẫu dầm mẫu dầmsauđược khi thí tiến hành theo nghiệm thí nghiệm sơ đồ uốn ăn bốn mòn, để khô điểm, dướitrong tác dụngvòng của14haingày, sau tập tải trọng đó tiếp tục 160 sử dụng 03 thiết bị đo chuyển vị điện tử, ký hiệu LVDT-1, LVDT-2 và LVDT-3, bố trí tiến hành 156 thí nghiệm trung P, cóuốn. độ lớn Trên bằngHình nhau6và trình cáchbày đềusơ gốiđồtựathímỗi nghiệm. bên mộtCác đoạn mẫubằngdầm800được mm. thíSử nghiệm 161 sơởđồ theo haiuốn gối tựa và ở tiếtdưới diệntác giữadụng dầm.của Từ hai số đo trên 03 tập thiếttrung bị đoP,nàycócho phép xác định 157 dụng kích thủy lực, trạm bơm dầu và dầm phân tải để tạo ra hai tải trọng này (tải trọng và cách bốn điểm, tải trọng độ lớn bằng nhau 162 gốiđộtựa đều võng mỗilớn bênnhất một ở tiết diện giữa dầm. Các dụng cụ đo thủy lực, đo lực,chuyển vị được kết và nối 158 đầu kích có giáđoạn bằng trị bằng 2P).800 Giámm.trị tảiSửtrọng dụng táckích dụng lên dầm trạm xác được bơm dầuthông định dầm quaphân tải 163 với để tạo159 bộ thu ra haidụng thập tải trọng và xử nàyđiện lý số liệu (tảitửtrọng TDS đầu 530 kích (do hãng Tokyo Sokki của Nhật Bản sản xuất) cụ đo lực (Load cell). Đểcó đogiá trị bằng chuyển vị của2P). dầmGiá dướitrịtáctảidụng trọngcủatác tải dụng trọng,lên dầm 164 cho phép ghi nhận tự động và đồng thời các số liệu thí nghiệm (01 giây/lần ghi). 160 sử dụng 03 thiết bị đo chuyển vị điện tử, ký hiệu LVDT-1, LVDT-2 và LVDT-3, bố trí 161 ở hai gối tựa và ở tiết diện giữa dầm. Từ số đo trên 03 thiết bị đo này cho phép xác định 162 độ võng lớn nhất ở tiết diện giữa dầm. Các dụng cụ đo lực, đo chuyển vị được kết nối 163 với bộ thu thập và xử lý số liệu TDS 530 (do hãng Tokyo Sokki của Nhật Bản sản xuất) 164 cho phép ghi nhận tự động và đồng thời các số liệu thí nghiệm (01 giây/lần ghi). 165 Hình 6. Sơ Hình đồđồ 6. Sơ thíthí nghiệm nghiệmuốn uốnbốn bốnđiểm điểmcác cácmẫu mẫu dầm dầm 166 4. Phân tích và đánh giá kết quả 20 6 165 Hình 6. Sơ đồ thí nghiệm uốn bốn điểm các mẫu dầm
Ninh, N. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng được xác định thông qua dụng cụ đo lực điện tử (Load cell). Để đo chuyển vị của dầm dưới tác dụng của tải trọng, sử dụng 03 thiết bị đo chuyển vị điện tử, ký hiệu LVDT-1, LVDT-2 và LVDT-3, bố trí Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 ở hai gối tựa và ở tiết diện giữa dầm. Từ số đo trên 03 thiết bị đo này cho phép xác định độ võng lớn nhất ở tiết diện giữa dầm. Các dụng cụ đo lực, đo chuyển vị được kết nối với bộ thu thập và xử lý số liệu TDS 530 (do hãng Tokyo Sokki của Nhật Bản sản xuất) cho phép ghi nhận tự động và đồng thời 167 4.1. Tình trạng nứt do ăn mòn và mức độ ăn mòn các số liệu thí nghiệm (01 giây/lần ghi). 168 Khi cốt thép bị ăn mòn, sẽ dẫn đến tạo gỉ thép làm tăng thể tích cốt thép, gây ra lực đẩy 1693. Phân tíchcóvàthể đánhgâygiá ra kết nứt,quả vỡ lớp bê tông bảo vệ. Sau thời gian thí nghiệm ăn mòn đẩy 170 nhanh 60 ngày, cả 04 mẫu dầm đều xuất hiện vết nứt trên bề mặt dầm và có thể quan 3.1. Tình trạng nứt do ăn mòn và mức độ ăn mòn 171 sát được bằng mắt thường. Trên Hình 7 trình bày sơ đồ vết nứt xuất hiện ở mặt bên, Khi cốt thép bị ăn mòn, sẽ dẫn đến tạo gỉ thép làm tăng thể tích cốt thép, gây ra lực đẩy có thể gây 172 (phía mặt bên xuất hiện nhiều vết nứt nhất) của 04 mẫu dầm thí nghiệm. Ở mặt phía ra nứt, vỡ lớp bê tông bảo vệ. Sau thời gian thí nghiệm ăn mòn đẩy nhanh 60 ngày, cả 04 mẫu dầm 173đều dưới đáy dầm xuất hiện vết nứtvàtrên mặtbề trên mặtcủa dầmcácvàmẫu dầm, có thể quantình sát trạng nứt xảy được bằng mắtrathường. ít hơnTrên đángHìnhkể, chỉ 7 trình 174bày xuất sơ đồhiện mộtxuất vết nứt vài vết hiệnnứt ngắn, ở mặt bên,dọc theo (phía mặtcốtbên thép cóhiện xuất bề rộng nhiềutừvết 0,02nứtđến 0,05 nhất) củamm. 04 mẫuCácdầm vết nứt do 175thí nghiệm. ăn mòn Ở mặt phía cốt dướithép đáychủ dầmyếu ở mặt và mặt bên trên củacủa cácdầm, mẫu xuất dầm,hiện tình ở cao nứt trạng độ cốt xảy thép vùngđáng ra ít hơn chịuxuất 176kể, chỉ kéohiện và một vùngvàichịu nén,ngắn, vết nứt dọcdọc theotheo chiều dài thanh cốt thép cốt thép, có bề rộng từ 0,02cóđến bề 0,05 rộngmm.nằmCác trong vết nứt 177do ăn khoảng 0,12 mm đến 0,19 mm. Bên cạnh đó, xuất hiện một số vết nứt cục bộ, theovùng mòn cốt thép chủ yếu ở mặt bên của dầm, xuất hiện ở cao độ cốt thép vùng chịu kéo và chịu nén, dọc theo chiều dài thanh cốt thép, có bề rộng nằm trong khoảng 0,12 mm đến 0,19 mm. Bên 178 phương thẳng đứng, có bề rộng nhỏ. Trong trường hợp này, do chiều dày lớp bê tông cạnh đó, xuất hiện một số vết nứt cục bộ, theo phương thẳng đứng, có bề rộng nhỏ. Trong trường hợp 179này,bảo vệ ở mặt do chiều dày bên lớp bêcủatông cả 04bảomẫu vệ ởdầm mặt thí bênnghiệm của cả 04đềumẫunhưdầm nhauthínên có thểđều nghiệm thấy nhưtình nhautrạng nên có 180thể nứt thấykhá tìnhtương trạng nứtđồngkhátrên cácđồng tương mẫu trên dầmcác BTCTmẫu vàdầmdầmBTCTcốt SGFRP. và dầm cốt SựSGFRP. có mặt Sựcủacóthanh mặt của 181 GFRP đặt ở phía ngoài cốt thép không có ảnh hưởng đáng kể đến tình trạng nứt trênbề thanh GFRP đặt ở phía ngoài cốt thép không có ảnh hưởng đáng kể đến tình trạng nứt trên bềmặt 182dầm do cốt thép bị ăn mòn gây ra. mặt dầm do cốt thép bị ăn mòn gây ra. 183 184 HìnhHình 7. Sơ 7. đồ vếtvết Sơ đồ nứtnứtởởmặt mặt bên củacác bên của cácmẫu mẫu dầm dầm thí nghiệm thí nghiệm 185 Để xác định tình trạng ăn mòn cốt thép, sau khi tiến hành thí nghiệm uốn, tiến Để xác định tình trạng ăn mòn cốt thép, sau khi tiến hành thí nghiệm uốn, tiến hành đập vỡ các 186mẫuhành dầm đập vỡcác để lấy cácthanh mẫu cốt dầmthép. để lấy Có các thanhtình thể thấy cốttrạng thép.ănCó thểxảy mòn thấy ratình trên trạng ănthép các cốt mòndọc xảyvùng 187kéo ra trên các (∅12), vùngcốt thép nén dọcvàvùng (∅10) kéo (đai.12), cốt thép Trênvùng Hìnhnén ( 10) 8 trình bàyvà cốtảnh hình thép đai. của TrêncốtHình thanh thép8∅12 188và thanh GFRP trước và sau khi tiến hành thí nghiệm ăn mòn đẩy nhanh. Có thể trình bày hình ảnh của thanh cốt thép 12 và thanh GFRP trước và sau khi tiến hành thấy thanh GFRP 189 thí nghiệm ăn mòn đẩy nhanh. Có thể thấy thanh GFRP không bị ăn mòn bởi ion clorua. 21 190 Như đã trình bày ở trên, ưu điểm này cho thấy khả năng sử dụng thanh GFRP làm cốt 191 chịu lực trong kết cấu bê tông ở môi trường xâm thực.
192 Ninh, N. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng không193 bịTạp ănchí mòn Tạpbởi Khoa chí ion Côngclorua. họcKhoa học XâyNhư Công nghệ nghệ đã atrình dựng,Xây - Cốt dựng, NUCE bày thép NUCE 2018 ở2018 trên, p-ISSN 12 ưu2615-9058; điểm này p-ISSN cho2734-9489 2615-9058; e-ISSN thấy khả e-ISSN năngbsử- dụng 2734-9489 Cốt GFRP thanh GFRP làm cốt chịu lực trong kết cấu bê tông ở môi trường xâm thực. 194 Hình 8. Hình ảnh cốt thép và cốt GFRP trước và sau thí nghiệm 195 Đối với mỗi dầm thí nghiệm, để xác định đến sự hao hụt khố 196 giảm đường kính) của các thanh cốt thép 12 do ăn mòn, lấy 02 m 197 khối lượng. Các mẫu thép có chiều dài 1000 mm, được lấy ở vùng 198 có cơ sở phân tích sự làm việc chịu uốn của các mẫu dầm này). S 199 mặt các thanh cốt thép (sử dụng chất tẩy gỉ thép chuyên dụng B05 d 200 dựng IBST sản xuất để làm sạch gỉ trên bề mặt cốt thép, sau đó rử 192 201 192 tiến hành cân xác định trong lượng bằng cân điện tử (độ chính xác đ a - Cốt(a) thép a -Cốt 12 Cốtthép thép b(b)- Cốt GFRP 12 193 193 hụt12khối lượng b - Cốt GFRP 12 Cốt GFRP 202 xác định sự hao của cốt thép trong các mẫu dầm đ ∅12 ∅12 194 Hình 8. Hình 8. 194 ảnhHình cốt thép và cốt ảnh cốt thépGFRP và cốttrước GFRPvàtrước sau thí vànghiệm sau thí ăn mòn điện nghiệm hóađiện hóa ăn mòn 203 Hình Bảng 2. 8. Hình ảnh cốt thép và cốt GFRP trước và sau thí nghiệm ăn mòn điện hóa Đối với mỗi dầm thí nghiệm, để xác định đến sự hao hụt khối lượng (hay sự suy 195 195 Đối với mỗi dầm thí nghiệm, để xác định đến sự hao hụt khối lượng (hay sự suy 196Đốigiảm đường với mỗi 196 giảm dầmkính) thícủa đường các của kính) nghiệm, thanh đểcác cốtthanh xác thép 12 địnhcốtđến do ăn12 thép mòn, do ănlấymòn, 02 mẫulấy thép để xác 02 mẫu thépđịnh để xác định sự197hao khối 197 lượng. hụt khối Các khốilượng lượng.mẫu (haythép Các sựcósuy mẫu chiều thép giảm códàichiều 1000dài đường mm, được 1000 mm,lấyđược ở vùnglấy giữa nhịpgiữa ở vùng dầmnhịp (để dầm (để kính) 198 củacó 198cơ sởthanh các cóphân cơ sởtích cốt sự làm thép phân tích ∅12việc sự do chịu làm uốn ănviệc mòn, của chịu lấycác của uốn mẫucácdầmmẫunày). dầmSau khi làm này). Sau sạch khi làmbề sạch bề 02199mẫumặt cácđể thép 199 thanh mặt cáccốtthanh xác thépkhối định (sửthép cốt dụng lượng. chất (sử tẩy chất Các dụng gỉmẫu thép tẩychuyên gỉ thép dụng chuyên B05 do Viện dụng B05 doKHCN ViệnXâyKHCN Xây 200 có dựng thép chiều 200 IBST dài sản 1000 xuất mm, để làm được sạch lấy gỉ ở trên vùng bề mặt giữa cốt thép, sau đó rửa dựng IBST sản xuất để làm sạch gỉ trên bề mặt cốt thép, sau đó rửa bằng nước sạch),bằng nước sạch), nhịp 201 dầmtiến 201 hành (để có cân tiến xác cơhành địnhxác sở phân cân trong tích lượng sự định làmbằng trong việc lượngcân điệncân chịu bằng tử (độ điệnchính tử (độxác đến 1xác chính gam). đến Kết quả Kết quả 1 gam). 202 củaxác uốn cácđịnh 202 mẫu sự dầm xác hao hụt định khối này). sự hao Saulượng hụt khi của khối làm cốt lượng thép sạch củabề trong cốt cáctrong thép mẫucác dầmmẫuđượcdầmtrình bàytrình được trongbày trong 203 cácBảng mặt thanh 203 2. Bảng cốt thép 2. (sử dụng chất tẩy gỉ thép chuyên dụng B05 do Viện KHCN Xây dựng IBST sản xuất để làm sạch gỉ trên bề mặt cốt thép, sau 204 đó rửa bằng nước sạch), tiến hành cân xác định trong 205 lượng bằng cân điện tử (độ Hình chính9.xác Cânđến 1xác định khối lượng thanh cốt thép sau Hình 9. Cân xác định khối lượng thanh cốt thép sau khi bị ăn mòn khi b gam). Kết quả xác định sự hao hụt khối lượng của cốt thép trong các mẫu dầm được trình bày trong Bảng 206 204 2. 204 Bảng 2. Đánh giá mức độ ăn mòn cốt thép 12 205 Hình 9. Hình Cân xác địnhxác 9. Cân khối lượng định thanh cốtthanh thép cốt sauthép khi bị ănkhi mòn 205 Bảng 2. Đánh giákhối mứclượng độ ăn mòn Khối cốt thép sau lượng ∅12 bị ăn mòn Khối lượng 206 206 Bảng 2.Mẫu Đánh 2. Bảng dầm giáĐánh thí mức giá độ ăn mứcmòn độ cốt thép cốt12thép 12 ăn mòn Suy g Mẫu dầm thí nghiệm Khối lượng ban đầu (kg/m) Khối lượng sau khi banbị ănđầu sau mòn (kg/m) Suy giảmkhi bị ăn khối lượng (%) Mẫu dầm thí nghiệm Khối lượng Khối lượngKhối lượng Khối lượng Suy giảm khối lượng D-05-1 Mẫu dầm nghiệm 858thíban đầu ban đầusau khi bị sau (kg/m) ăn795,4 khi bị ăn 810,3lượng (%) mòn 7,2 Suy giảm khối (kg/m) D-05-2 nghiệm (kg/m) 858 lượng (%) 5,6 D-G-05-1 858 (kg/m)mòn (kg/m) mòn (kg/m) 805,5 6,1 D-G-05-2 D-05-1 D-05-1 858 D-05-1 858 858 795,4 858 7,2 818,5 795,4 7,2 795,4 4,6 8 8 8 22
Ninh, N. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 3.2. Ứng xử chịu uốn của các mẫu dầm thí nghiệm a. Quan hệ tải trọng chuyển vị của các mẫu dầm thí nghiệm Trên Hình 10 trình bày các biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ võng (P – f) của 04 mẫu dầm thí nghiệm. Các giá trị tải trọng và độ võng đặc trưng của các mẫu dầm thí nghiệm được trình bày ở Bảng 3. Đây đều là các mẫu dầm đã có các vết nứt trước do cốt thép bị ăn mòn gây ra. Có thể thấy sự làm việc của các mẫu dầm bê tông cốt thép và bê tông cốt hỗn hợp đều có chung các giai đoạn sau: Giai đoạn làm việc ban đầu, tương ứng với đoạn OA. Điểm A có sự thay đổi độ dốc của biểu đồ P – f cho thấy đây là thời điểm xuất hiện thêm các vết nứt mới do mô men uốn gây ra trên dầm. Trong giai đoạn này, có thể quan hệ tải trọng độ võng của cả 04 dầm không có sự chênh lệch. Điều này cho thấy, khi tải trọng còn nhỏ, hầu như thanh GFRP chưa tham gia làm việc, ứng xử của dầm bê tông cốt SGFRP tương tự như dầm BTCT. Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn AB, trong đó B là điểm thay đổi độ dốc lần thứ 2 của biểu đồ P - f, tương ứng với thời điểm cốt thép chịu kéo bị chảy dẻo. Tại điểm này, xác định được giá trị tải trọng gây chảy dẻo cốt thép, ký hiệu Py . Trong giai đoạn này, có thể thấy độ cứng của các mẫu dầm cốt SGFRP cao hơn so với dầm BTCT thông qua việc giảm độ võng của dầm bê tông cốt hỗn hợp so với dầm BTCT ở cùng cấp tải trọng. Điều này cho thấy sự tham gia làm việc của thanh GFRP góp phần gia tăng độ cứng của dầm. Như vậy, trong trường hợp dầm cốt SGFRP bị ăn mòn, vai trò của thanh GFRP vẫn được phát huy tương tự như kết quả thu được khi thí nghiệm các mẫu dầm bê tông cốt SGFRP không bị ăn mòn [8–14]. Giai đoạn BC là giai đoạn sau khi cốt thép vùng chịu kéo bị chảy dẻo. Với dầm BTCT cốt thép, đây là giai đoạn thể hiện sự làm việc của bê tông vùng nén, tuy nhiên có thể thấy sự tham gia chịu lực của bê tông vùng nén là không đáng kể. Với dầm bê tông cốt SGFRP, giai đoạn này thể hiện rõ sự tham gia chịu lực của thanh GFRP. Điểm C ứng với thời điểm bê tông vùng nén bị ép vỡ, cho phép xác định tải trọng cực hạn gây phá hoại dầm, Pul . Theo kết quả trình bày ở Bảng 3, tỷ số giữa tải trọng cực hạn và tải trọng gây chảy dẻo cốt thép Pul /Py có giá trị trung bình bằng 1,55. So với các kết quả thu được trong nghiên cứu [8], với dầm bê tông sử dụng cốt SGFRP tương tự, có tỷ số trên bằng 1,92, thì có thể nhận thấy với dầm cốt SGFRP khi bị ăn mòn, sự tham gia chịu lực của thanh GFRP bị suy giảm. Điều này được giải thích do sự suy giảm khả năng bám dính giữa thanh GFRP với bê tông vùng chịu kéo do đã xuất hiện các vết nứt do cốt thép bị Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 ăn mòn gây ra. 239 240 Hình 10.10. Hình Quan Quanhệhệtải tảitrọng trọng –– độ võngcủa độ võng củacác cácmẫu mẫudầm dầm thíthí nghiệm nghiệm 241 Bảng 3. Các giá trị tải trọng và độ võng đặc trưng 23 Tải trọng Độ võng khi Tải trọng Độ võng khi Mẫu dầm gây chảy cốt cốt thép gây phá hoại dầm bị phá thí nghiệm thép Py (kN) chảy (mm) Pul (kN) hoại (mm)
Ninh, N. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Bảng 3. Các giá trị tải trọng và độ võng đặc trưng Tải trọng gây chảy Độ võng khi Tải trọng gây Độ võng khi dầm Mẫu dầm thí nghiệm cốt thép Py (kN) cốt thép chảy (mm) phá hoại Pul (kN) bị phá hoại (mm) D-05-1 21,0 12,0 21,5 26,0 D-05-2 22,5 11,5 24,0 25,5 D-G-05-1 26,5 12,0 40,0 31,0 D-G-05-2 27,5 11,8 44,0 33,5 b. Sự phát triển vết nứt và cơ chế phá hoại của các mẫu dầm Trên Hình 11 trình bày sơ đồ vết nứt trên các mẫu dầm dưới tác dụng của tải trọng thí nghiệm. Có thể thấy với 02 mẫu dầm bê tông cốt SGFRP, số lượng vết nứt xuất hiện nhiều hơn so với hai mẫu dầm BTCT. Sự bám dính giữa thanh GFRP và bê tông có vai trò trong việc tăng cường sự làm việc của bê tông vùng chịu kéo, qua đó giúp phân tán các vết nứt nhiều hơn và hạn chế sự mở rộng của các vết nứt. Với hai mẫu dầm bê tông cốt SGFRP, số lượng vết nứt trên dầm D-G-05-1 nhiều hơn hẳn Tạpdầm so với chí D-G-05-2. Khoa học Công nghệnày Kết quả Xâycũng dựng,phù NUCE hợp 2018 với các biểup-ISSN đồ tải2615-9058; trọng – độ e-ISSN 2734-9489 võng của 02 dầm này được trình bày trên Hình 9 trong đó ứng xử uốn của dầm D-G-05-1 tốt hơn so với dầm D-G-05-2. 252 253 Hình Hình 11. Sơ 11. đồ vếtvết Sơ đồ nứtnứttrên trên các mẫudầm các mẫu dầmkhikhi thí thí nghiệm nghiệm uốn uốn 254 Cơphá Cơ chế chếhoại phácủa hoại cáccủa mẫucác dầmmẫu BTCT dầm BTCT D-05-1 và D-05-1 D-05-2 làvàphá D-05-2 là phá hoại dẻo, hoại do cốt thépdẻo, vùngdokéo 255 cốt thép bị chảy vùng dẻo và kéo vùng bê tông bị chảy dẻo nén bị ép và vỡ. bê Vớitông vùng 02 mẫu dầmnéncốtbị ép vỡ.sựVới SGFRP, phá 02 hoạimẫu dầm là phá hoạicốt dòn, 256 do SGFRP, sự phá bê tông vùng nénhoại bị éplàvỡphá hoại (Hình dòn, 12). Tại do thờibê tôngnày, điểm vùng nénGFRP thanh bị épchưa vỡ (Hình bị đứt. 12). Tạiphá Cơ chế thời hoại 257 nàyđiểm cũngnày, tươngthanh tự như đối với các dầm cốt SGRP không bị ăn mòn [7–14]. Như vậy, GFRP chưa bị đứt. Cơ chế phá hoại này cũng tương tự như đối với cácvới dầm bê tông cốt SGFRP bị ăn mòn, cần phải lưu ý dạng phá hoại này vì đây là dạng phá hoại đột ngột, không có 258 dầm cốt SGRP không bị ăn mòn [7-14]. Như vậy, với dầm bê tông cốt SGFRP bị ăn cảnh báo trước. 259 mòn, cần phải lưu ý dạng phá hoại này vì đây là dạng phá hoại đột ngột, không có cảnh 260 báo trước. 24
257257 điểm điểmnày, thanh này, GFRP thanh GFRP chưa chưabị bị đứt.đứt.CơCơ chếchếphá pháhoại này hoại cũng này cũng tương tương tựtự nhưnhưđối với đối vớicác các 258258 dầmdầmcốtcốt SGRP SGRP không không bị bị ănănmòn mòn [7-14]. [7-14]. NhưNhư vậy, vậy, vớivới dầmdầmbêbêtôngtôngcốtcốtSGFRP SGFRPbịbịănăn 259259 mòn, mòn, cầncần phải phải lưulưu ý dạng ý dạng phápháhoạihoạinày nàyvì vì đâyđây là là dạng dạng pháphá hoại hoại độtđột ngột, ngột, không không cócó cảnh cảnh 260260 báobáo trước. trước. Ninh, N. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 261261 (a) Dầm D-05-1 (b) Dầm D-G-05-1 262262 a- a-Dầm Dầm D-05-1 D-05-1 b-b- Dầm Dầm D-G-05-1 D-G-05-1 Hình 12. Phá hoại điển hình của dầm BTCT và cốt SGFRP do bê tông vùng nén bị ép vỡ Hình 263263 Hình 12.12. PháPhá hoại hoại điển điển hình hình của của dầm dầm BTCT BTCT vàvàcốtcốt SGFRP SGFRP dodo bêbê tông tông vùng vùng nénnénbịbịépép 264264 vỡvỡ 4. Kết luận 265265 5. 5. KếtKết luận luận Nội dung bài báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của dầm bê tông cốt SGFRP bị ăn 266266 mòn. Nội DựaNội dung dung trên cácbàibài kếtbáobáo quả đạttrình trình bày bày được, nghiên cónghiên thể cứu rút ra cứu thực thực những nghiệm nghiệm kết luận ứng ứng chính sau xử xửđây: của của dầm dầm bêbê tông tông cốtcốt SGFRP 267267 SGFRP bị bị - Thông ăn ănqua mòn. thí mòn. Dựa nghiệm Dựa ăntrên trên mòncác kếtkết các cốt thépquả đạtđạt quảđẩy được, nhanh, được, cócóthểthể cho phép tạorút ranhững rútrarađược những kếtkếtluận tình trạng luận nứt chính trên kết chính cấu dầm bê tông cốt thép và dầm bê tông cốt SGFRP. Với dầm bê tông cốt SGFRP, khi thí nghiệm ăn sau 268268 saumòn đây: đây:điện hóa, thanh GFRP không bị ăn mòn và không ảnh hưởng tình trạng nứt trên bề mặt dầm do ăn mòn- cốt thép gây Thông qua ra. nghiệm ăn mòn cốt thép đẩy nhanh, cho phép tạo ra được tình 269269 - Thông qua thíthí nghiệm ăn mòn cốt thép đẩy nhanh, cho phép tạo ra được tình - Ứng xử uốn của dầm bê tông cốt SGFRP bị ăn mòn cốt thép gồm các giai đoạn làm việc đặc trưng tương tự với dầm bê tông cốt SGFRP không bị ăn mòn cốt thép. Sự có mặt của thành GFRP góp phần làm tăng độ cứng của dầm. Đồng thời, thông1111qua sự bám dính giữa GFRP và bê tông cho phép phân tán đều các vết nứt vùng kéo do mô men uốn gây ra, hạn chế độ mở rộng của vết nứt. - Do bê tông vùng kéo bị nứt do ăn mòn cốt thép, nên khả năng tham gia chịu lực của thanh GFRP có sự suy giảm so với trường hợp dầm không hư hỏng do ăn mòn. Bên cạnh đó, cần lưu ý dạng phá hoại của dầm SGFRP bị ăn mòn là phá hoại dòn, do bê tông vùng nén bị ép vỡ. Đây là điều cần lưu ý khi áp dụng giải pháp cốt SGFRP cho kết cấu dầm bê tông. Tài liệu tham khảo [1] Khoan, P. V., Thắng, N. N. (2010). Tình trạng ăn mòn cốt thép ở vùng biển Việt Nam và một số kinh nghiệm sử dụng chất ức chế ăn mòn canxi nitrit. Tạp chí Khoa học công nghệ Xây dựng, Viện Khoa học công nghệ xây dựng IBST. [2] ACI 440.1R (2015). Guide for the design and construction of concrete reinforced with FRP bars. Report by ACI Committee 440, American Concrete Institute. [3] CAN/CSA-S806-12 (2012). Design and Construction of Building Components with Fibre-Reinforced Polymers. Canadian Standards Association. [4] FIB.40 (2007). FRP Reinforcement in RC Structures. Bulletin No. 40, International Federation for Struc- tural Concrete. [5] FIB (2010). Model Code for Concrete Structures. International Federation for Structural Concrete. [6] JSCE (1997). Recommendation for design and construction of concrete structures using continuous fiber reinforcing materials. Concrete Engineering Series 23. Japan Society of Civil Engineers Machida, A. ed., Tokyo, Japan. 25
Ninh, N. T., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [7] GangaRao, H. V. S., Taly, N., Vijay, P. V. (2007). Reinforced Concrete Design with FRP Composites. CRC Press. [8] Tuấn, P. M. Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt hỗn hợp thép và polyme cốt sợi thủy tinh. Luận án Tiến sỹ kỹ thuật. Đại học Xây dựng. [9] Tuấn, P. M. (2019). Khả năng chịu mô men uốn của dầm bê tông cốt hỗn hợp thép và GFRP theo TCVN 5574:2018. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 13(4V):73–81. [10] Leung, H. Y. (2004). Flexural capacity of concrete beams reinforced with steel and fibre-reinforced polymer (FRP) bars. Journal of Civil Engineering and Management, 10(3):209–215. [11] Ge, W., Zhang, J., Dai, H., Tu, Y. (2011). Experimental Study on the Flexural Behavior of Concrete Beam Hybrid Reinforced with FRP Bars and Steel Bars. Advances in FRP Composites in Civil Engineering, Springer Berlin Heidelberg, 301–303. [12] Ge, W., Zhang, J., Cao, D., Tu, Y. (2015). Flexural behaviors of hybrid concrete beams reinforced with BFRP bars and steel bars. Construction and Building Materials, 87:28–37. [13] Jia, B., Liu, S., Liu, X., Wang, R. (2014). Flexural capacity calculation of hybrid bar reinforced concrete beams. Materials Research Innovations, 18(sup2):S2–836–S2–840. [14] Kara, I. F., Ashour, A. F., K¨oro˘glu, M. A. (2015). Flexural behavior of hybrid FRP/steel reinforced concrete beams. Composite Structures, 129:111–121. [15] Lau, D., Pam, H. J. (2010). Experimental study of hybrid FRP reinforced concrete beams. Engineering Structures, 32(12):3857–3865. [16] Mustafa, S. A. A., Hassan, H. A. (2018). Behavior of concrete beams reinforced with hybrid steel and FRP composites. HBRC Journal, 14(3):300–308. [17] Sun, Z., Fu, L., Feng, D.-C., Vatuloka, A. R., Wei, Y., Wu, G. (2019). Experimental study on the flexural behavior of concrete beams reinforced with bundled hybrid steel/FRP bars. Engineering Structures, 197: 109443. [18] Zhou, Y., Zheng, Y., Sui, L., Hu, B., Huang, X. (2020). Study on the Flexural Performance of Hybrid- Reinforced Concrete Beams with a New Cathodic Protection System Subjected to Corrosion. Materials, 13(1):234. [19] Vu, N. S. (2018). Experimental and analytical investigations on seismic behavior of corroded reinforced concrete members. Doctoral thesis, Nanyang Technological University, Singapore. [20] Fang, C., Lundgren, K., Chen, L., Zhu, C. (2004). Corrosion influence on bond in reinforced concrete. Cement and Concrete Research, 34(11):2159–2167. [21] Lee, H. S., Tomosawa, F., Noguchi, T. (1996). Effects of rebar corrosion on the structural performance of singly reinforced beams. Durability of building materials and components, 7(1):571–580. [22] Azad, A. K., Ahmad, S., Azher, S. A. (2007). Residual Strength of Corrosion-Damaged Reinforced Concrete Beams. ACI Materials Journal, 104(1):40–47. [23] Long, Đ. V., Hưng, P. V., Thắng, N. K. T., Đông, N. V., Hoàng, P. C. (2020). Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của cột BTCT chịu nén lệch tâm bị hư hỏng do ăn mòn cốt thép và hiệu quả gia cường bằng vật liệu tấm sợi composite. Báo cáo tổng kết đề tài NCKH sinh viên, mã số XD-2020-31, Trường Đại học Xây dựng. 26