BÊ TÔNG C T S IỐ Ợ  Më ®Çu Më ®Çu  Bê tông là một loại vật liệu chịu nén tốt nhưng có cường Bê tông là một loại vật liệu chịu nén tốt nhưng có cường độ chịu kéo thấp (1/10 f’ độ chịu kéo thấp (1/10 f’ c c ). ).  Bê tông cường độ cao với cường độ chịu nén từ 60- Bê tông cường độ cao với cường độ chịu nén từ 60- 100MPa là vật liệu dòn. 100MPa là vật liệu dòn.  Bê tông cốt sợi thép ra đời nhằm tăng tính dẻo cho bê Bê tông cốt sợi thép ra đời nhằm tăng tính dẻo cho bê tông nhờ khả năng hút năng lượng của cốt sợi thép. tông nhờ khả năng hút năng lượng của cốt sợi thép.  Bê tông cốt sợi thép giúp cho kết cấu bê tông có ứng xử Bê tông cốt sợi thép giúp cho kết cấu bê tông có ứng xử tốt hơn với các vết nứt bằng cơ chế khâu các vết nứt và tốt hơn với các vết nứt bằng cơ chế khâu các vết nứt và truyền ứng suất qua vết nứt. truyền ứng suất qua vết nứt. Néi dung Néi dung  Tổng quan về bê tông cốt sợi và bê tông cốt sợi thép Tổng quan về bê tông cốt sợi và bê tông cốt sợi thép  Xác định thành phần và tính chất cơ học bê tông cường độ cao cốt sợi thép Xác định thành phần và tính chất cơ học bê tông cường độ cao cốt sợi thép TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN BÊ TÔNG CỐT SỢI VÀ BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP BÊ TÔNG CỐT SỢI VÀ BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP  Từ thời kỳ Ai Cập và Babylonian, sợi, lông ngựa đã được dùng để Từ thời kỳ Ai Cập và Babylonian, sợi, lông ngựa đã được dùng để tăng cường cho gạch thô, tường trát bùn, thạch cao… tăng cường cho gạch thô, tường trát bùn, thạch cao…  Những nghiên cứu đầu tiên về sợi thép phân tán là của Romualdi, Những nghiên cứu đầu tiên về sợi thép phân tán là của Romualdi, Batson, Mandel, Shah và Swamy và những nghiên cứu khác ở Mỹ, Batson, Mandel, Shah và Swamy và những nghiên cứu khác ở Mỹ, Anh và Nga. Vấn đề đang được nghiên cứu hiện nay là BTCĐCCST Anh và Nga. Vấn đề đang được nghiên cứu hiện nay là BTCĐCCST và bê tông siêu cường độ cốt sợi thép. và bê tông siêu cường độ cốt sợi thép.  Tại Việt Nam vấn đề bê tông cốt sợi và bê tông cốt sợi thép đã bước Tại Việt Nam vấn đề bê tông cốt sợi và bê tông cốt sợi thép đã bước đầu được quan tâm nghiên cứu và công bố tại ĐH GTVT, ĐH XD, đầu được quan tâm nghiên cứu và công bố tại ĐH GTVT, ĐH XD, viện KHCNXD, viện KHCN GTVT. viện KHCNXD, viện KHCN GTVT. PHÂN LOẠI BÊ TÔNG XI MĂNG CỐT SỢI PHÂN LOẠI BÊ TÔNG XI MĂNG CỐT SỢI  Theo cường độ: Theo cường độ:  Bê tông cốt sợi (f Bê tông cốt sợi (f ’ ’ c c = 25-50MPa) = 25-50MPa)  Bê tông cốt sợi cường độ cao (f Bê tông cốt sợi cường độ cao (f ’ ’ c c = 60-100MPa) = 60-100MPa)  Bê tông cốt sợi siêu cường độ (f Bê tông cốt sợi siêu cường độ (f ’ ’ c c = 120-800MPa). = 120-800MPa).  Theo thể tích sợi: Theo thể tích sợi:  Bê tông cốt sợi (0,25-2,5%) Bê tông cốt sợi (0,25-2,5%)  Bê tông nhiều cốt sợi (10-25%). Bê tông nhiều cốt sợi (10-25%).  Theo chất kết dính (pha nền): Theo chất kết dính (pha nền):  Bê tông xi măng cốt sợi Bê tông xi măng cốt sợi  Bê tông polyme cốt sợi (Epoxy) Bê tông polyme cốt sợi (Epoxy) NGUYÊN TẮC CẤU TẠO BÊ TÔNG CỐT SỢI NGUYÊN TẮC CẤU TẠO BÊ TÔNG CỐT SỢI  Khả năng chịu kéo của bê tông rất kém. Khả năng chịu kéo của bê tông rất kém.  Sự tăng cường cốt sợi phân tán sẽ hạn chế sự phát triển những vết Sự tăng cường cốt sợi phân tán sẽ hạn chế sự phát triển những vết nứt nhỏ (vi vết nứt). nứt nhỏ (vi vết nứt).  Sợi được phân bố không liên tục và ngẫu nhiên trong đá ximăng cả Sợi được phân bố không liên tục và ngẫu nhiên trong đá ximăng cả ở vùng chịu nén và chịu kéo của kết cấu. Chúng có thể nâng cao ở vùng chịu nén và chịu kéo của kết cấu. Chúng có thể nâng cao độ cứng và điều chỉnh vết nứt thông qua việc ngăn chặn các vi vết độ cứng và điều chỉnh vết nứt thông qua việc ngăn chặn các vi vết nứt lan truyền, mở rộng và còn tăng độ dai do khả năng hấp thụ nứt lan truyền, mở rộng và còn tăng độ dai do khả năng hấp thụ năng lượng của cốt sợi. năng lượng của cốt sợi. CÁC LOẠI SỢI CÁC LOẠI SỢI  Sợi thép Sợi thép  Sợi thuỷ tinh Sợi thuỷ tinh  Sợi tổng hợp polyme Sợi tổng hợp polyme  Sợi cacbon Sợi cacbon  Sợi bazan Sợi bazan  Sợi xenlulô Sợi xenlulô Bảng 1.1: Thuộc tính của những loại sợi khác nhau Bảng 1.1: Thuộc tính của những loại sợi khác nhau Loại sợi Đường kính (mm) Khối lượng riêng (kg/m 3 ) Cường độ chịu kéo (GPa) Môđun đàn hồi (GPa) Độ dãn dài tương đối (%) Acrylic 0.02-0.35 1.1 0.2 - 0.4 0.3 1.1 Asbeslos 0.0015-0.02 3.2 0.6 - 1.0 83 - 138 1-2 Cotton, sợi TN 0.2-0.6 1.5 0.4 - 0.7 4.8 3-10 Amiante 0.002-0.03 2.6 3.1 164 2-3 Thuỷ tinh 0.005-0.15 2.5 1.0 - 2.6 70 - 80 1.5 - 3.5 Graphite (cacbon) 0.008 - 0.009 1.9 1.0 - 2.6 230 - 415 0.5-1.0 Kevlar 0.01 1.45 3.5 - 3.6 65 - 133 2.1 - 4.0 Nylon 0.02-0.4 1.1 0.76 - 0.82 4.1 16-20 Polyester 0.02-0.4 1.4 0.72 - 0.86 8.3 11-13 Polypropylene 0.02-0.4 0.95 0.55 - 0.76 3.5 15-25 Rayon 0.02-0.38 1.5 0.4 - 0.6 6.9 10-25 Rock wool 0.01-0.8 2.7 0.5 - 0.76 0.6 0.5-0.7 Sisal 0.01 - 0.1 1.5 0.8 - 3.0 Thép 0.1-1.0 7.85 0.3 - 2.0 200 0.5-3.5 Bảng 1.2. Các thông số của một số loại cốt sợi thép Bảng 1.2. Các thông số của một số loại cốt sợi thép Kiểu thép Chiều dài Kích thước mặt cắt Tỉ số kích thước Cường độ vật liệu, MPa Kiểu néo EE186 18 mm 0.6 x 0.4 mm 38 800 Tấm cắt loe ở đầu EE256 25 mm 0.6 x 0.4 mm 45 800 EE266HT 25 mm 0.6 x 0.4 mm 45 1000 Dramix 30-60 mm Φ 0.5 - 0.9 mm 35-60-80 1000-1200 Dây kéo dài khoá ở đầu Xorex 38 mm 1.35 x 0.5 mm 43 800 Horte 30 mm Φ 0.5 mm 60 700 Harex 25 mm 2.75 x 0.5 mm 45 800 Thép cán gấp mép Thép lưới F82 Dây dài 8mm, tấm 200mm mỗi chiều - 550 Lưới hàn Thép lưới F41 Dây dài 4mm, tấm 100mm mỗi chiều - 550 Lưới hàn MÔ HÌNH LÀM VIỆC CỦA SỢI MÔ HÌNH LÀM VIỆC CỦA SỢI Sợi hoạt động ở hai quy mô trong quá trình nứt của pha hồ xi măng. Sợi hoạt động ở hai quy mô trong quá trình nứt của pha hồ xi măng.  Quy mô vi cấu trúc Quy mô vi cấu trúc Tác dụng của các sợi làm ổn định các vết nứt cực nhỏ, làm chậm quá Tác dụng của các sợi làm ổn định các vết nứt cực nhỏ, làm chậm quá trình hư hỏng của vật liệu và hạn chế sự hình thành vết nứt lớn hơn. trình hư hỏng của vật liệu và hạn chế sự hình thành vết nứt lớn hơn.  Quy mô kết cấu Quy mô kết cấu  Các sợi hoạt động như các vi cốt thép Các sợi hoạt động như các vi cốt thép  Cải biến khả năng hút năng lượng của kết cấu, thay đổi quá trình phá Cải biến khả năng hút năng lượng của kết cấu, thay đổi quá trình phá hủy, vật liệu chuyển từ phá hoại giòn sang phá hoại dẻo. hủy, vật liệu chuyển từ phá hoại giòn sang phá hoại dẻo.  Tuy nhiên, sợi sẽ làm rối loạn cấu tạo hồ xi măng và ảnh hưởng đến Tuy nhiên, sợi sẽ làm rối loạn cấu tạo hồ xi măng và ảnh hưởng đến tính dễ đổ của bê tông. tính dễ đổ của bê tông. [...]... ban đầu B tông tăng cường cốt sợi khi chịu uốn về cơ bản tham gia vào một Tải trọng ứng xử biến dạng tuyến tính gồm 3 phần Độ võng Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ võng của mẫu dầm bê tông cốt sợi  Tính chất cơ học của kết cấu bê tông cốt sợi  Các yếu tố ảnh hưởng Các thuộc tính cơ học của bê tông cốt sợi chịu ảnh hưởng của một số yếu tố chủ yếu là:  Loại sợi, cụ thể là chất liệu sợi và... cốt sợi thép = Vf (l/df); Vf - hàm lượng sợi theo thể tích, %; l/df - hệ số tỷ lệ kích thước l - chiều dài sợi, mm df - đường kính sợi, mm (1.3)  Cường độ chịu kéo  Khi thể tích của sợi tăng lên từ 0.25 ÷ 1.25 % cường độ chịu kéo của bê tông cốt sợi tăng lên đáng kể Cường độ chịu kéo có thể tăng từ 10 đến 30% với các thử nghiệm bê tông cốt sợi thép có cường độ chịu nén đến 50MPa  Độ bền cắt Do sợi. .. Hình 1.8 Hệ thống thoát nước (Đức) Hình 1.11 Cấu tạo của lớp phủ bê tông cốt sợi thép Hình 1.12 Các khu vực được tăng cường bằng bê tông cốt sợi thép XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP VẬT LIỆU CHẾ TẠO BTCS  Xi măng    Loại xi măng được sử dụng là xi măng Portland thường Lượng xi măng tối đa là 525kg/1m3 bê tông Nước  Phải là nước uống được  Đảm bảo độ sạch hợp lý và... đều trong hỗn hợp  Sợi thép được rải đều vào hỗn hợp trong máy trộn để đạt được sự phân bố đồng nhất  Đổ bê tông cốt sợi vào ván khuôn Việc rung phía trong nếu được thực hiện một cách cẩn thận thì cũng có thể được chấp nhận, việc đầm rung mặt ngoài của ván khuôn và bề mặt của bê tông là thích hợp hơn do nó ngăn chặn được sự phân tầng của cốt sợi CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG CỐT SỢI  Khả năng chịu... loại sợi thép tiến hành bằng cách so sánh phần năng lượng được hấp thụ (độ bền dai) khi mẫu thí nghiệm đạt độ võng quy ước (với kết cấu dầm 15mm, với bản 25mm)  Căn cứ vào biểu đồ năng lượng của mẫu thử có thể xác định được cường độ tại một số điểm đặc biệt ứng với năng lượng xác định ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP  Ứng dụng bê tông cốt sợi thép chủ yếu để tăng cường tính dẻo của bê tông và bê tông. .. Tỷ lệ các thành phần của b tông cốt sợi thường Ximăng Tỷ lệ N/X Phần trăm cốt liệu cát 350-500Kg/m3 0.4 - 0.6 50% Cốt liệu lớn nhất 9 - 20mm Lượng không khí 6 - 9% Lượng sợi theo thể tích 0.5 - 2.5% Bảng 1.4 Tỷ lệ các thành phần của b tông cốt sợi cường độ cao Ximăng Tỷ lệ N/X Phần trăm cát 400-560Kg/m3 0.25 - 0.4 50% Cốt liệu lớn nhất 9 - 12,5mm Lượng không khí 4 - 6% Lượng sợi theo thể tích Phụ gia... của bê tông cốt sợi được xây dựng từ những kinh nghiệm trên cơ sở thành phần bê tông đã được lựa chọn tối ưu theo các phương pháp của bê tông chất lượng cao  Khi đó phải xem sợi như một thành phần phụ cần thiết và tiến hành các thí nghiệm để tối ưu hóa các thành phần nhằm đạt được các tính chất mong muốn  Phải đảm bảo sự phân tán đồng đều của các sợi và ngăn chặn sự phân tầng hay vón cục của các sợi. .. l/df Vf < 0,5% và l/df < 50, sợi có ảnh hưởng nhỏ đến cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông mặc dù chúng vẫn có thể có ảnh hưởng đến độ dẻo của bê tông Các kết quả nghiên cứu trên kết cấu dầm bê tông cốt sợi thép cho thấy cường độ chịu kéo khi uốn tăng lên từ 15-20 % ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CỦA BÊ TÔNG ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG SỢI THÉP  Biểu đồ độ võng - tải trọng hoặc tải trọng - độ mở rộng vết nứt Đồ thị độ... với dạng đồ thị có kết quả từ các thí nghiệm dầm bê tông nói chung Hình 1.2 Mối quan hệ tải trọng- biến dạng của đầm bê tông và dầm bê tông cốt sợi  Độ bền dai  Diện tích vùng nằm phía dưới đồ thị quan hệ độ võng - tải trọng là đại lượng năng lượng được hấp thụ Đại lượng này có tên gọi là "độ bền dai"  Trong quá trình phân tích sự gia cường bằng cốt sợi thép, giá trị độ bền dai là vấn đề cần quan... của b tông  Co ngót Trong quá trình diễn ra sự co ngót, các sợi thép sẽ hạn chế đáng kể quá trình này  Cường độ chịu kéo khi uốn Các sợi tăng cường tác động lớn đến cường độ chịu uốn của bê tông trong các giai đoạn:  Giai đoạn tải trọng gây nứt trong đồ thị độ võng - tải trọng  Giai đoạn tải trọng cực hạn Cả 2 giai đoạn đều bị ảnh hưởng thể tích sợi Vf và tỉ lệ l/df Vf < 0,5% và l/df < 50, sợi . nền):  Bê tông xi măng cốt sợi Bê tông xi măng cốt sợi  Bê tông polyme cốt sợi (Epoxy) Bê tông polyme cốt sợi (Epoxy) NGUYÊN TẮC CẤU TẠO BÊ TÔNG CỐT SỢI NGUYÊN. thể tích sợi: Theo thể tích sợi:  Bê tông cốt sợi (0,25-2,5%) Bê tông cốt sợi (0,25-2,5%)  Bê tông nhiều cốt sợi (10-25%). Bê tông nhiều cốt sợi (10-25%).  Theo