Đề tài : Chế tạo lõi neo cáp bê tông dự ứng lực thay thế lõi neo nhập ngoại

Đề tài : Chế tạo lõi neo cáp bê tông dự ứng lực thay thế lõi neo nhập ngoại thuộc công trình nghiên cứu khoa học trọng điểm cấp nhà nước

"Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ vật liệu "

-o0o -

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

ĐỀ TÀI:

CHẾ TẠO LÕI NEO CÁP BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

THAY THẾ LÕI NEO NHẬP NGOẠI

Mã số: KC.02.21/06-10

Cơ quan chủ trì : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Chủ nhiệm đề tài : PGS TS Lê Thị Chiều

8008

Hà Nội, ngày 06 tháng 05 năm 2010

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I THÔNG TIN CHUNG

Họ và tên: Lê Thị Chiều

Sinh ngày: ngày 5 tháng 10 năm 1947; Nữ

Học hàm, học vị: Phó Giáo sư, Tiến sỹ

Chức danh khoa học: Phó Giáo sư; Chức vụ:

Điện thoại: Tổ chức: 043.8691332; NR: 04.2181126; Mobile: 0904.464.998 Fax: E-mail: lechieu@gmail.com

Tên tổ chức đang công tác: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Địa chỉ tổ chức: Số 1 Đại Cồ Việt - Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: 1026-CT16, Khu Đô Thị Định Công, Hà Nội

3 Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Điện thoại: 04-8694242 ; Fax: 04-8692006

E-mail: msc-hut@mail.hut.edu.vn

Website: http://www.hut.edu.vn

Số tài khoản: 931.01.062, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Ngân hàng: tại Kho bạc Nhà nước Hai Bà Trưng Hà Nội

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Ghi chú

(Số đề nghị quyết toán)

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

- Lý do thay đổi (nếu có):

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban

Ghi chú

3 Số: 254/QĐ BKHCN,

21/02/2008

Quyết định Phê duyệt kinh phí 10 đề tài,01 dự án sản xuất thử nghiệm, bắt đầu thực hiện năm 2008 thuộc Chương trình KH&CN trọng điểm cấp Nhà nước giai đoạn 2006-2010 "Nghiên cứu, phát triển

và ứng dụng công nghệ Vật liệu" Mã số 02/06-10

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

1 Công ty Cơ khí

Đông Anh

Công ty Cổ phần Dụng cụ Cắt gọt

Chế tạo bộ lõi neo và vỏ neo

Bộ lõi neo và

vỏ neo

Viện Khoa học

Công nghệ Bộ Giao Thông

Tư vấn và thử nghiệm bộ neo

Kết quả thử căng kéo

- Lý do thay đổi (nếu có):

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá

Nội dung tham gia chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú

Toàn bộ nội dung đề tài

Chuyên đề và hệ thống điều khiển quá trình thấm

Thực hiện lắp đặt thiết

bị và xử lý nhiệt

Vỏ neo và đế neo đã xử lý nhiệt

5 KS Đỗ Minh Đức KS Đỗ Minh Đức

Xử lý nhiệt

và thử nghiệm

Vỏ neo và đế neo đã xử lý nhiệt

bị và xử lý nhiệt

Vỏ neo và đế neo đã xử lý nhiệt

Vỏ neo và lõi neo

Vỏ neo và đế neo đã xử lý

Chứng chỉ neo

và các buổi thử nghiệm hiện trường

- Lý do thay đổi ( nếu có):

6 Tình hình hợp tác quốc tế:

Số

TT

Theo kế hoạch

(Nội dung, thời gian, kinh phí,

địa điểm, tên tổ chức hợp tác,

số đoàn, số lượng người tham

- Lý do thay đổi (nếu có):

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

1 Nội dung: Chế tạo và ứng dụng lõi

neo chế tạo trong nước

- Lý do thay đổi (nếu có):

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

Người,

cơ quan thực hiện

1 Các nội dung, công việc chủ yếu

(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài)

- Lý do thay đổi (nếu có):

Nội dung 2: Nghiên cứu chế

Công ty Cổ phần Máy Công nghiệp và Dụng cụ

Nội dung 3: Phân tích và lựa

chọn vật liệu 3-6/2008 3-8/2008 ĐH Bách Khoa Hà Nội Nội dung 4 : Nghiên cứu công

nghệ thấm cacbon –nitơ 4-11/2008

4/2008 9/2009 ĐH Bách Khoa Hà Nội Kiểm tra tiến độ lần 1 10/2008 12/2008 VPCCCT; KC-02;

Nội dung 6: Xử lý bề mặt lừi

Cty Dụng cụ Cắt gọt số 1,

ĐH Bách Khoa Hà Nội Kiểm tra tiến độ lần 2 7/2009 VPCCCT; KC-02;

ĐH Bách Khoa Hà Nội

Nội dung 7: chế tạo và nhiệt

Công ty Cổ phần Máy Công nghiệp và Dụng cụ,

ĐH Bách Khoa Hà Nội

Nội dung 8: Hoàn thiện quy

12/2009

2-ĐH Bách Khoa Hà Nội, Cty Bê Tông Xuân Mai, Cty CP Xây dựng Tuấn Thịnh, Viện KHCN - Bộ Giao Thông Vận tải Hội thảo khoa học 10//2009 11/2009 ĐH Bách Khoa Hà Nội Xây dựng báo cáo tổng kết đề

Kiểm tra tiến độ đợt 3 3/2010 VPCCCT; KC-02; ĐH Bách Khoa Hà Nội Nghiệm thu nội bộ 12/2009 4/2010 ĐH Bách Khoa Hà Nội Tổng kết và nghiệm thu 1/2010 VPCCCT; KC-02; ĐH Bách Khoa Hà Nội

chủ yếu của sản

phẩm

50 chiếc 2000 bộ Lõi neo công tác

Lõi neo công cụ 250 lần kéo 350 lần kéo

2 Đế neo Vỏ neo Phù hợp với lõi neo 2000

- Lý do thay đổi (nếu có):

Trên 18 tấn

Quy trình đầy đủ từ thiết

kế, chế tạo, xử lý nhiệt, xử

lý bề mặt, đảm bảo các chỉ tiêu: Lực kéo: Trên 18 tấn

Quy trình áp dụng thuận tiện, khi bàn giao có đào tạo và bảo hành

Quy trình chế tạo

vỏ neo Không có trong ke hoạch

Quy trình chế tạo vỏ neo công tác và neo công cụ

* Tỷ lệ và lưu lượng các loại khí,

* Chế độ nhiệt luyện từng loại lõi neo,

* Môi trường nguội,

* Chế độ xử lý nâng cao chất lượng lớp thấm

Kết quả thực hiện theo quy trình được đánh giá qua: Giá trị độ cứng bề mặt và lõi, đường phân

bố độ cứng, tình trạng khuyết tật, khả năng chịu kéo căng, của lõi neo,

* Chế độ xử lý bề mặt lõi neo công cụ

Quy trình đầy đủ số liệu bao gồm:

* Bản thiết kế lõi neo,

* Nhiệt độ thấm; thời gian thấm và khuếch tán,

* Tỷ lệ và lưu lượng các loại khí,

* Chế độ nhiệt luyện từng loại lõi neo,

* Môi trường nguội,

* Chế độ xử lý nâng cao chất lượng lớp thấm

Kết quả thực hiện theo quy trình được đánh giá qua: Giá trị độ cứng bề mặt và lõi, đường phân bố

độ cứng, tình trạng khuyết tật, khả năng chịu kéo căng, của lõi neo,

* Chế độ xử lý bề mặt lõi neo công cụ

6 Sơ đồ khu vực sản

xuất lõi neo

Sơ đồ chi tiết khu vực sản xuất lõi neo

Sơ đồ chi tiết khu vực sản xuất lõi neo

7 Báo cáo khoa học Đầy đủ, khoa học, tin cậy Đầy đủ, khoa học, tin cậy

8 Các báo cáo

chuyên đề

Theo yêu cầu của từng chuyên đề, đảm bảo tính khoa học về cơ sở lý luận, tính cập nhật và các kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Theo yêu cầu của từng chuyên đề, đảm bảo tính khoa học về cơ sở lý luận, tính cập nhật và các kết quả nghiên cứu thực nghiệm

9 - Báo cáo khoa

Tóm tắt quá trình nghiên cứu và kết quả

11 - Đĩa CD với files

văn bản thuyết

Đảm bảo đầy đủ các files báo cáo, tài liệu về

Đảm bảo đầy đủ các files báo cáo, tài liệu về kết quả

và chính xác

Đảm bảo đầy đủ các files báo cáo, tài liệu về kết quả khoa học tin cậy và chính xác

c) Sản phẩm Dạng III:

Yêu cầu khoa học cần đạt

Số

kế hoạch

Thực

tế đạt được

Số lượng, nơi công bố

(Tạp chí, nhà xuất bản)

1 Khảo sát lõi neo cáp bê tông dự ứng lực Công nghiệp, (Bộ Công thương) Tháng 7/2009

2 Phân tích vật liệu nêm neo nhập

ngoại

Hoạt động Khoa học (Bộ KH&CN)

Tháng 8/2009

3

Xử lý Austenit dư trong lớp thấm

C-N bằng phương gia công lạnh

sâu

Khoa học và công nghệ kim loại

Tháng 8/2009

4

Nghiên cứu chế tạo nêm neo cáp

bê tông dự ứng lực thay thế nêm

neo nhập ngoại

Hoạt động Khoa học (Bộ KH&CN)

Tháng 9/2009

Tháng 10/2009

6

Một số vấn đề chế tạo lõi neo

dùng trong công nghệ căng kéo

cốt thép dự ứng lực

Giao thông vận tải

Bộ Giao thông vận tải

Tháng 11/2009

7

Phân tích điều kiện chịu lực và

phương pháp xử lý nhiệt lõi neo

cáp bê tông dự ứng lực

Kỷ yếu hội thảo chương trình Khoa học Vật liệu

Tháng 11/2009

8 Neo cáp bê tông dự ứng lực và

quá trình nghiên cứu chế tạo

Tạp chí Công nghiệp,( Bộ Công thương)eTuyển tập các công trình nghiên cứu khoa học của các

Tháng 12/2009

9 cho lõi neo Công nghệ số 75 4/2010

- Lý do thay đổi (nếu có):

d) Kết quả đào tạo:

Số lượng

Số

TT

Cấp đào tạo, Chuyên

ngành đào tạo Theo kế hoạch Thực tế đạt được

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống cây trồng:

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

N sử dụng khí ga

VN

Quyền sở hữu công nghiệp về quy trình thấm C-

N sử dụng khí ga

VN

Đăng ký tháng 2/2009

2

Quyền bảo hộ quy trình chế

tạo lõi neo cáp bê tông dự

ứng lực

Quyền bảo hộ quy trình chế tạo lõi neo cáp bê tông dự ứng lực

Quyền bảo hộ quy trình chế tạo lõi neo cáp bê tông dự ứng lực

Đăng ký tháng 7/2009

- Lý do thay đổi (nếu có):

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

1 Lõi neo công tác 2/2009 Cầu Kiến Hưng, Hà Đông, Hà Nội Đạt lực kéo 18,89 tấn Đã kéo thử thành công

2 Lõi neo công cụ 3/2009 Công Ty Bê Tông Đạt lực kéo 18,89 tấn, kéo

nhiều lần, dễ tháo lắp Đạt

3 Đế neo công tác 2/2009 Cầu Kiến Hưng,

Hà Đông, Hà Nội

Ôm chặt lõi neo,đã kéo thử thành công

4 Đế neo công cụ 3/2009 Cầu Kiến Hưng, Hà Đông, Hà Nội Dễ tháo lắp, đã kéo thử thành công

5 Bộ neo đất 12/2009 Kéo chống sạt lở tại Hòa Lạc Đạt tất cả các chỉ tiêu cơ lý hóa, đã kéo thử thành công

lý nhiệt cho lõi neo đạt tiêu chuẩn VN

8 Quy trình công nghệ

chế tạo lõi neo đất 12/2009

Áp dụng tại ĐHBKHN

Quy trình thuận tiện vận hành, nguyên vật liệu có sẵn trong nước, đã áp dụng xử

lý nhiệt cho lõi neo đạt tiêu chuẩn VN

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công nghệ so với khu vực và thế giới…)

1 Công nghệ thiết kế, chế tạo: Theo mẫu của bộ neo do Cộng Hòa Liên bang Đức

và Trung Quốc Công nghệ ổn định Tất cả các thông số hình học đều tương đương neo mẫu

2 Công nghệ xử lý nhiệt ổn định, hoàn toàn làm chủ Nguyên vật liệu sử dụng đều

có sẵn trong nước Đã lắp đặt hệ thống để hoàn toàn tự động hóa quy trình

3 Chất lượng của lõi neo đáp ứng các chỉ tiêu về độ cứng thô đại, độ cứng tế vi, tổ chức tế vi, thành phần pha Lõi neo cáp 12,7 mm khi kéo để lấy chứng chỉ đạt

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường…)

- Bộ neo công tác có giá bán bằng 80% so với neo cùng loại nhập từ Trung Quốc là loại lõi neo rẻ nhất hiện nay ở nước ta, nhưng có chất lượng tốt hơn

- Bộ neo công cụ có giá bán bằng 65% so với neo cùng loại nhập từ Trung Quốc nhưng có chất lượng xấp xỉ lõi neo Đức

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:

Số

TT Nội dung

Thời gian thực hiện

- Nghiên cứu chế tạo cơ khí

Thiết kế thành công chi tiết phù hợp với điều kiện làm việc của chi tiết, chịu lực kéo đáp ứng kéo đúng tải và vượt tải theo tiêu chuẩn

- Phân tích và lựa chọn vật liệu

Khảo sát và phân tích vật liệu chế tạo neo công tác xuất

xứ từ nhiều quốc gia khác nhau

- Thử nghiệm thành công tại cầu Kiến Hưng

Lần 3

nghiệm lần 1; lần 2; lần 3

- Thực hiện kéo thử trên dầm lần 1, 2, 3

- Chuyên đề phân tích kinh tế

- Xây dựng Báo cáo khoa học tổng kết đề tài

- Kéo thử neo đất tại Hòa Lạc

- Đăng ký 2 bản quyền sáng chế

- Đăng tải 9 bài báo

- Tham gia hội chợ ASEAN +3, đạt cúp vàng

Công ty Cổ phần Dụng cụ cắt số 1

Công ty Cổ phần Máy Công nghiệp và Dụng cụ

Công ty Cơ Khí Ngô Gia Tự

Công ty Cơ khí Đông Anh

Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông, Bộ Giao thông Vận tải

Công ty Bê Tông Xuân Mai

Công ty Cổ phần Xây Dựng Tuấn Thịnh

Chúng tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với Bộ Khoa học và Công Nghệ, Văn phòng các Chương trình trọng điểm cấp Nhà nước đã cấp kinh phí và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi được thực hiện đề tài này

Xin được cảm ơn Ban chủ nhiệm Chương trình KC.02 đã quan tâm hướng dẫn sát sao trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin được cảm ơn các thầy và các em sinh viên Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu đã phối hợp, giúp đỡ nhiệt tình chúng tôi thực hiện đề tài này

Xin cảm ơn đề tài Ươm tạo công nghệ “Chế tạo bánh răng hộp số ôtô” là nơi bắt đầu cho ý tưởng thực hiện quá trình thấm C-N cho lõi neo

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn tới công ty Trách nhiệm hữu hạn Xây dựng Tuấn Thịnh, Công ty Bê Tông Xuân Mai đã tin tưởng tạo điều kiện cho chúng tôi được thử nghiệm lõi neo tại công trường, nhà máy của quý Công ty để khẳng định khả năng đáp ứng các yêu cầu thực tế của lõi neo

Xin được cảm ơn viện Khoa học và Công nghệ Giao thông - Bộ Giao thông Vận tải đã giúp đỡ chúng tôi thực hiện lộ trình khảo nghiệm một cách nghiêm ngặt

để chúng tôi có thể từng bước hoàn thiện và tự tin vào khả năng ứng dụng của đề tài

Thay mặt nhóm thực hiện đề tài

PGS TS Lê Thị Chiều

MỞ ĐẦU 1

1.1.1 Nhu cầu và hiện trạng lõi neo ở Việt Nam hiện nay 4

1.2 Khảo sát vật liệu lõi neo hiện có trên thị trường Việt Nam 12

1.2.2 Phân tích lõi neo sản xuất trong nước 23

1.3.1 Lựa chọn vật liệu 28 1.3.2 Vai trò các nguyên tố hợp kim trong thép chế tạo lõi neo 30

1.4.1 Định nghĩa, ưu khuyết điểm của phương pháp thấm C- N 31

1.4.3 Môi trường thấm cacbon-nitơ 35 1.4.4 Các phản ứng hoá học xảy ra trong môi trường thấm 37 1.4.5 Đặc điểm khi sử dụng khí ga Việt Nam trong hổn hợp thấm 42

1.4.8 Ảnh hưởng của N và tổng hàm lượng (C+N) đến sự tồn tại của

austenit trong lớp thấm

49

1.4.10 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình thấm 53

1.4.12 Các dạng khuyết tật trong lớp thấm 59

1.5 Nhiệt luyện và các phương pháp xử lý sau thấm 62

1.6 Mạ lõi neo công cụ 66

2.3.4 Các phương pháp kiểm tra và đánh giá quá trình thấm C-N 77

3.2 Kết quả và phân tích kết quả thấm C-N cho lõi neo 81

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian thấm đến chiều sâu lớp thấm 85 3.2.3 Ảnh hưởng của thành phần khí thấm 85

PHẦN 5: CÁC HOẠT ĐỘNG KHÁC CỦA ĐỀ TÀI 146

5.1 Các bài báo được đăng tải trong thời gian thực hiện đề tài 146

Trang Hình 1.1.1 Mô hình bê tông dự ứng lực 5 Hình 1.1.2 Cơ cấu neo sử dụng trong công nghệ bê tông dự ứng lực (a), cơ

cấu neo cáp của cầu dây văng (b) và một lõi neo ba lá (c)

6

Hinh 1.1.3 Vị trí của lõi neo và đế neo khi kéo cáp 6 Hình 1.1.4 Cấu tạo lõi neo 2 mảnh 7 Hình 1.1.5 Cấu tạo lõi neo 3 mảnh 7 Hình 1.1.6 Vị trí làm việc của lõi neo [9] 7 Hình 1.1.7 Sơ đồ lực tác dụng lên lõi neo 8 Hình 1.1.8 Lõi neo bị vỡ trong quá trình căng kéo 11 Hình 1.2.1 Ảnh hiển vi điện tử chụp phần răng của lõi neo CHLB Đức 13 Hình 1.2.2 Biên dạng răng (lõi neo Trung Quốc) 14 Hình 1.2.4 Kết quả phân tích phổ EDX 15 Hình 1.2.4 Tổ chức tế vi lớp bề mặt lõi neo Đức phóng đại 500 và 1000 16 Hình 1.2.5 Tổ chức tế vi lớp bề mặt lõi neo TQ x500 17 Hình 1.2.6 Ảnh tế vi phần dưới bề mặt của lõi neo x500 17 Hình 1.2.7 Các vết đâm trên mặt mẫu dưới tác dụng của tải trọng khi đo độ

Hình 1.2.8 Sự thay đổi độ cứng theo chiều dày lớp thấm của lõi neo Hoa Kỳ

(trên-trái), lõi neo Đức (trên-phải) và lõi neo Trung Quốc (dưới)

18

Hình 1.2.9 Kết quả khảo sát lõi neo Trung Quốc 20 Hình 1.2.10 kết quả khảo sát lớp mạ lõi neo Thái Lan 21 Hình 1.2.11 Kết quả khảo sát lớp mạ lõi neo Đức 22 Hình 1.2.12 Biên dạng răng lõi neo Cty Cổ phần D chế tạo 24 Hình 1.2.13 Tổ chức bề mặt lõi neo do công ty N sản xuất 24 Hình 1.2.14 Phân bố độ cứng lõi neo công ty N 25 Hình 1.2.15 Tổ chức lớp thấm công ty D 25 Hình 1.2.16 Phân bố độ cứng theo chiều dày lớp thấm của nhà máy D 26 Hình 1.4.1 Quan hệ giữa hoạt độ cacbon và nồng độ cacbon trong austenit tại

Hình 1.4.6 Ảnh hưởng của tổng hàm lượng C+N tới phân bố khuyết tật 46 Hình 1.4.7 Cacbitnitơrit, nitơrit và rỗ khí trong các thép 48 Hình 1.4.8 Sự phân bố của C và N trong các pha khi thấm của các loại thép

khác nhau

49

Hình 1.4.9 Sự phụ thuộc của austenit dư vào tổng lượng C+N 50 Hình 1.4.10 Ví dụ về austenit dư 51 Hình 1.4.11 Đường phân bố độ cứng lớp thấm C+N khi tổng hàm lượng

C+ N quá cao

52

Hình 1.4.12 Tổ chức lớp thấm điển hình 53 Hình 1.4.13 Ảnh hưởng của thời gian thấm đến chiều dày lớp thấm 57 Hình 1.6.1 Bề mặt bị trầy sướt của lõi neo mạ niken sau khi làm việc nhiều lần 67 Hình 1.6.2 Lớp mạ crom sáng xanh (phải) và lớp mạ kền (niken) sáng đỏ

Hình 2.1.1 Sơ đồ thực nghiệm 72 Hình 2.2.1 Mẫu lõi neo và một số chi tiết lõi neo khác sau gia công cơ khí

Hình 2.3.1 Sơ đồ thiết bị thấm C-N và sơ đồ cấp khí 74 Hình 2.3.2 Lò thấm quy mô công nghiệp và quy mô thí nghiệm 74 Hình 2.3.3 Máy đo độ cứng tế vi Duramin và ARK 75 Hình 2.3.4 Kính hiển vi Axiovert 100A 76 Hình 2.3.5 Thiết bị thử kéo tại Viện Khoa học Công nghệ Giao thông 76 Hình 2.3.6 Tiến hành thử kéo tại viện KH&CN Bộ giao thông 78 Hình 2.3.7 Thiết bị thử số lần kéo neo công cụ 79 Hình 3.1.1 Lõi neo công tác 2 mảnh cáp 12,7mm 80 Hình 3.1.2 Lõi neo công cụ 3 mảnh cáp 12,7mm do đề tài chế tạo 81 Hình 3.1.3 Các chi tiết trong bộ neo do đề tài chế tạo 81 Hình 3.2.1 Thành phần pha lớp bề mặt mẫu thép 20XM 82 Hình 3.2.2 Tổ chức tế vi mẫu 20XM thấm 840 o C 82 Hình 3.2.3 Sự phân bố độ cứng của lớp thấm ở 840 o C 83 Hình 3.2.4 Ảnh tổ chức lớp thấm của mẫu SCM420 thấm ở 840 0 C 83 Hình 3.2.5 Đồ thị độ cứng tại hai nhiệt độ thấm 840 0 C và 860 0 C 84 Hình 3.2.6 Đồ thị quan hệ giữa chiều sâu lớp thấm và thời gian thấm 85

Hình 3.2.9 Tổ chức lớp thấm tương ứng chế độ 2 87 Hình 3.2.10 Sự thay đổi độ cứng theo chiều dày lớp lớp thấm chế độ 2 87 Hình 3.2.11 Tổ chức lớp thấm tương ứng chế độ 3 88 Hình 3.2.12 Sự thay đổi độ cứng theo chiều dày lớp thấm chế độ 3 88 Hình 3.2.13 Tổ chức lớp thấm tương ứng chế độ 4 89 Hình 3.2.14 Sự thay đổi độ cứng theo chiều dày lớp thấm chế độ 4 89 Hình 3.2.15 Tương quan giữa hàm lượng khí ga và độ cứng bề mặt lớp thấm 90 Hình 3.2.16 Tổ chức lớp thấm tương ứng chế độ 5 90 Hình 3.2.17 Phân bố độ cứng theo chiều dày lớp thấm chế độ 5 91 Hình 3.2.18 Ảnh tổ chức lớp thấm của mẫu thép 20XM và lõi neo SCM420

khi Cp = 0,64

93

Hình 3.2.19 Đồ thị phân bố độ cứng trên mẫu 20XM (trên) và SCM420 (dưới) 94 Hình 3.2.20 Ảnh tổ chức lớp thấm của mẫu 20XM 94 Hình 3.2.21 Ảnh tổ chức lớp thấm của mẫu SCM420 94 Hình 3.2.22 Đồ thị phân bố độ cứng mẫu 20XM (trên) và SCM420 (dưới) 95 Hình 3.2.23 Ảnh tổ chức lớp thấm (a, b), vùng chuyển tiếp (c) và lõi (d) của

Hình 3.2.30 Đồ thị phân bố hàm lượng cácbon theo chiều sâu lớp thấm 102 Hình 3.2.31 Đồ thị phân bố độ cứng của mẫu bào 103 Hình 3.2.32 Đường phân bố độ cứng tế vi từ bề mặt vào lõi của thép C20 và

20XM

103

Hình 3.2.33 Đồ thị phân bố độ cứng của mẫu SCM420 thấm ở nhiệt độ 840 o C,

thời gian 3 giờ không áp dụng chế độ khuếch tán 104 Hình 3.2.34 Ảnh hưởng của thời gian khuếch tán đối với thép C20 105 Hình 3.2.35 Phân bố độ cứng của thép 20XM khi có và không áp dụng chế độ

khuếch tán

106

mẫu phẳng (đường trên) và mẫu trụ (đường dưới)

Hình 3.3.1 Sơ đồ xử lý nhiệt sau thấm 108 Hình 3.3.2 Ảnh tổ chức lớp thấm của mẫu 20XM với chế độ thấm ở 860 0 C tôi

với chế độ thấm ở 840 0 C tôi 840 0 C

112

Hình 3.3.7 Ảnh tổ chức lớp thấm của mẫu 20XM (a,b) và SCM420 (c,d)

với chế độ thấm ở 840 0 C tôi 820 0 C 113 Hình 3.3.8 Mẫu SCM420 trước và sau khi tôi và ram 114 Hình 3.3.9 Austenit dư trên bề mặt mẫu và phân bố độ cứng của mẫu chứa

Austenit dư

115

Hình 3.3.10 Tổ chức phân bố độ của mẫu sau khi gia công lạnh 115 Hình 3.3.11 Mẫu có độ cứng bề mặt thấp sau khi tôi trực tiếp 116 Hình 3.4.12 Độ cứng bề mặt đã nâng lên sau khi thường hóa, tôi và ram thấp 116 Hình 3.4.1 So sánh phân bố độ cứng theo chiều dày lớp thấm 117 Hình 3.7.1 Đo độ dãn dài dây cáp khi kéo thử trên dầm số 63 cầu Kiến Hưng,

Bảng 1.2.1 Thành phần nguyên tố của một số lõi neo nhập từ nước ngoài 14 Bảng 1.2.2 Thành phần nguyên tố của một số lõi neo sản xuất trong nước 28 Bảng 1.2.3 Thành phần nguyên tố của một số lõi neo sản xuất trong nước 29

Bảng 1.4.3 Thành phần khí Gas Việt Nam 43 Bảng 3.2.1 Quan hệ giữa chiều sâu lớp thấm với hàm lượng cácbon và độ cứng 92 Bảng 3.2.2 Quan hệ giữa C p và lưu lượng (l/phút) hỗn hợp khí thấm ở 860 0 C 92 Bảng 3.2.3 Quan hệ giữa chiều sâu lớp thấm với hàm lượng cácbon và độ cứng 102 Bảng 3.3.1 Kết quả độ cứng thô đại theo nhiệt độ thấm 860 0 C 110 Bảng 3.3.2 Kết quả độ cứng thô đại theo nhiệt độ thấm 840 0 C 111 Bảng 3.3.3 Kết quả độ cứng thô đại theo nhiệt độ thấm 840 0 C 113

MỞ ĐẦU

Hiện nay trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, kỹ thuật bê tông dự ứng lực đang được ứng dụng rất phổ biến Phương pháp dự ứng lực đã tạo ra những lợi ích lớn về kinh tế, kỹ thuật và thẩm mỹ cho các công trình: Tăng tuổi thọ, độ bền, khả năng chịu tải, tăng khẩu độ dầm Sử dụng kỹ thuật dự ứng lực cho phép ngành giao thông và xây dựng có thể tăng khẩu độ nhịp cầu, tăng nhịp thông thuyền, tăng chiều dài dầm nhà, làm nên những chiếc cầu hùng vĩ, những toà nhà tráng lệ mang dấu ấn thời đại Sử dụng kỹ thuật bê tông dự ứng lực còn cho phép tiết kiệm vật liệu một cách đáng kể

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật bê tông dự ứng lực là truyền vào các dầm

bê tông cầu một lượng ứng suất dư ngược chiều với tải trọng tác dụng, nhờ vậy mà tải trọng được giảm nhẹ [13] Hiện tượng phá huỷ xảy ra do ứng suất kéo, dầm dầm bê tông tuy chịu nén tốt nhưng chịu kéo rất kém nên thường xuất hiện vết nứt dẫn đến phá huỷ Để chống lại hiện tượng này trong dầm bêtông dự ứng lực người ta kéo căng sợi thép đến một độ dãn dài nhất định, sau khi bêtông đã đông cứng, bám chắc vào thép rồi mới bỏ tải trọng kéo, sợi thép co lại gây nén, ép lên bêtông, tạo ra ứng suất nén dư ngược chiều với tải trọng tác dụng, làm tải trọng kéo nhẹ đi Quá trình căng kéo thực hiện thông qua cơ cấu neo Cơ cấu neo gồm nhiều bộ phận, trong đó lõi neo có vai trò quan trọng nhất Lõi neo là chi tiết tiếp xúc trực tiếp với cáp và truyền lực cho các sợi cáp khi kéo Yêu cầu làm việc của lõi neo rất khắc nghiệt: lõi neo cần

có tính chống xiết mòn cao để không bị tuột cáp, không bị mòn răng, lún răng trên bề mặt Mặt khác lõi neo cần có độ dẻo dai cần thiết để chịu lực nén Độ cứng từ bề mặt lõi cần phân bố tương đối đồng đều để không bị bóp vỡ, gãy

răng hay bong tróc [13]

Trong các công trình, đặc biệt là các công trình lớn sử dụng nhiều bộ neo, một bộ neo bao gồm từ 1 đến 43 cặp lõi neo tuỳ theo yêu cầu

Có hai loại lõi neo Neo công tác, loại này dùng trong công nghệ bê tông

dự ứng lực kéo sau dùng để neo giữ cáp trong suốt quá trình làm việc của kết cấu bê tông hoặc dùng để neo giữ các bó cáp trong công nghệ cầu cáp treo Neo công cụ chủ yếu sử dụng trong công nghệ bê tông dự ứng lực kéo trước, kéo được nhiều lần, tuỳ theo kích thước cấu tạo của từng loại neo khác nhau

mà có những yêu cầu cụ thể

Nhu cầu sử dụng lõi neo của ngành xây dựng rất lớn Dầm cầu thường dài 33m, rộng khoảng 0,6m, vì vậy một cầu lớn (ví dụ cầu Thanh Trì), lượng lõi neo cần dùng có thể đến hàng vạn cặp Vì chất lượng các công trình, nước

ta hàng năm phải bỏ ra nhiều triệu USD để nhập lõi neo từ các nước như Đức, Trung Quốc, Nhật, Lõi neo công cụ ngoại đều rất tốt, lõi neo do Cộng hoà Liên bang Đức sản xuất có thể dùng kéo cáp tới 300 lần, tuy nhiên giá thành của chúng rất cao Loại có giá rẻ nhất hiện nay trên thị trường Việt Nam là lõi neo Trung Quốc, dùng được khoảng 60 lần

Mặt khác nếu chỉ sử dụng lõi neo ngoại nhập sẽ dẫn tới bị phụ thuộc Vì thế việc xác định quy trình sản xuất nói chung và nhiệt luyện nói riêng để có thể tự sản xuất lõi neo trong nước thật sự rất bức thiết

Đã có một số cơ sở tiến hành sản xuất lõi neo bằng nhiều vật liệu và công nghệ khác nhau như Công ty Cơ khí Ngô Gia Tự [11], Công ty CP Dụng

cụ cắt gọt số 1 [10] nhưng chất liệu lõi neo đều thấp, không đáp ứng yêu cầu

cơ tính khắc nghiệt của chi tiết Lõi neo thường bị mòn răng, làm tuột cáp,

gẫy răng, vỡ Đề tài này thực hiện nhằm thiết lập quy trình xử lý, tiến tới chế tạo lõi neo với chất lượng đáp ứng yêu cầu cơ tính của chúng

Mục tiêu của đề tài là:

“Nghiên cứu chế tạo thành công lõi neo thay thế lõi neo nhập ngoại”

Cụ thể là: Lõi neo cáp 12,7 mm chịu được lực keo 18 tấn, lõi neo công cụ chịu được 250 lần kéo

Nội dung chính của đề tài là phân tích lõi neo ngoại nhập, giải mã công nghệ của họ, xây dựng quy trình gia công cơ khí, nghiên cứu vật liệu và xử lý nhiệt cho lõi neo

Báo cáo đề tài được trình bày theo các phần như sau:

Trình tự tiếp cận mục tiêu của đề tài là:

• Nghiên cứu điều kiện chịu lực và yêu cầu cơ tính của lõi neo

• Phân tích lõi neo ngoại nhập, giải mã bí quyết vật liệu và công nghệ

• Nghiên cứu thiết kế chế tạo lõi neo

• Nghiên cứu quá trình xử lý nhiệt lõi neo

• Thử nghiệm căng kéo

PHẦN 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về lõi neo

1.1.1 Nhu cÇu vµ hiÖn tr¹ng lâi neo ë ViÖt Nam hiÖn nay

Nước ta đang trong giai đoạn phát triển, quá trình xây dựng cơ bản xây dựng cơ bản diễn ra mạnh mẽ ở khắp nơi Rất nhiều dự án Giao thông lớn đang và sẽ thực hiện, các khu đô thị, chung cư mọc lên hàng ngày Tất cả các công trình lớn nhỏ đều phải sử dụng đến dầm bê tông và tất cả các dầm bê tông đều phải áp dụng kỹ thuật dự ứng lực Tuỳ theo tầm cỡ, tuỳ theo mức độ quan trọng của công trình, mỗi dầm bê tông có thể được kéo bằng nhiều bó cáp (mỗi bó từ 1 đến 43 tao cáp) Cầu càng dài, rộng, số tao cáp càng cần nhiều và cần một số lượng tương ứng bộ neo và lõi neo Lấy ví dụ, chỉ riêng

lô 3, phần dẫn của cầu Thanh Trì đã sử dụng tới 800 phiến dầm, mỗi phiến cần hàng trăm bộ lõi neo Lượng lõi neo dựng trong xây dựng cũng rất lớn Chỉ lấy một ví dụ nhỏ như công trường xây dựng trường Kinh Tế Quốc dân

có 18 sàn lớn, mỗi sàn cần hàng ngàn bộ lõi neo Thật sự là không thể thống

kê được số lượng lõi neo mà chúng ta đang và sẽ sử dụng trong Giao thông với những dự án hàng ngàn chiếc cầu, trong kiến trúc dân sự, kinh tế và quân

sự Theo tính toán của các nhà tư vấn xây dựng, số tiền dự toán cho kỹ thuật

dự ứng lực khoản 5% dự toán công trình Ví dụ công trình Đường sắt trên cao

Hà Nội (Cát linh-Hà Đông) dự toán 5000 tỷ đồng, số tiền cho cơ cấu neo là

250 tỷ Nước ta hiện nay và trong nhiều năm tới thực sự là một công trường khổng lồ và thị trường lõi neo là rất rộng mở

Hiện tại toàn bộ số lượng lõi neo đang sử dụng được các nhà thầu xây dựng nhập khẩu từ nhiều quốc gia khác nhau như: Mỹ, Đức, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc Nhiều đơn vị trong nước đã thử nghiệm sản xuất lõi neo nhưng

không thành công Như vậy, chúng ta đã thực sự mất thị trường ngay trên sân nhà

Do độ bền kéo của bê tông chỉ bằng 10% độ bền nén nên dưới tải trọng kéo, nếu không được tăng cường, dầm bê tông thường xuất hiện vết nứt, tuổi thọ giảm rất nhanh Nguyên lý của phương pháp bê thông dự ứng lực là

truyền một lượng ứng suất dư, ngược chiều với tải trọng tác dụng lên dầm bằng cách kéo căng các sợi cáp đặt trong dầm (hình 1.1.1)

Hình 1.1.1 Mô hình bê tông dự ứng lực[13]

a) Dầm bê tông nứt dưới tác dụng của tải trọng

b) Dầm bê tông kéo căng dự ứng lực trước khi chịu tải

c) Dầm bê tông kéo căng dự ứng lực khi chịu tải

Quá trình kéo căng các sợi cáp đặt trong dầm được thực hiện nhờ cơ cấu

neo mà trong đó bộ phận quan trọng nhất là lõi neo (hình 1.1.2) Một cơ cấu

3 Lõi neo (hay còn gọi là chấu neo, chốt neo, nêm neo), lõi neo được lắp lỏng trong đế neo

Hình 1.1.2 Cơ cấu neo sử dụng trong công nghệ bê tông dự ứng lực (a),

cơ cấu neo cáp của cầu dây văng (b) và một lõi neo ba lá (c)

Hinh 1.1.3 Vị trí của lõi neo và đế neo khi kéo cáp

Lõi neo là bộ phận tiếp xúc với sợi cáp và truyền lực kéo cho cáp, được lắp lỏng trong các lỗ của đế neo

Lõi neo được chế tạo theo hình côn, chia thành hai hoặc ba mảnh, phần tiếp xúc với cáp được tiện răng Để không cắn sâu, làm giảm tiết diện chịu lực của cáp, răng lõi neo rất mảnh, có chiều cao dưới 1mm, chiều cao của răng giảm dần đến đầu neo [8, 9]

Đế neo

Lõi neo Cáp

Hình 1.1.6 Vị trí làm việc của lõi neo [9]

Hình 1.1.4 Cấu tạo lõi neo 2 mảnh

Hình 1.1.5 Cấu tạo lõi neo 3 mảnh

1.1.4 Yêu cầu làm việc và phân loại lõi neo

Khi thực hiện căng kéo, lõi neo tiếp xúc và truyền lực căng cáp, điều kiện làm việc của lõi neo hết sức khắc nghiệt: Vừa phải chịu lực ma sát, vừa phải chịu lực ép rất lớn (hình 1.1.7)

Hình 1.1.7 Sơ đồ lực tác dụng lên lõi neo

V: lực kéo, F: lực ma sát, W: là lực ép của lõi neo lên cáp

Ngoài phần răng yêu cầu độ cứng cao, phần nền lõi neo cần có độ dai nất định để không bị vỡ khi chịu lực ép trong quá trình căng kéo Như vậy trên cùng một thiết diện, các vùng khác nhau của lõi neo có điều kiện chịu lực khác nhau và yêu cầu cơ tính do đó cũng khác nhau Vì vậy nếu lõi neo được chế

tạo bằng vật liệu đồng nhất với cơ tính đồng nhất chắc chắn sẽ không đáp ứng được điều kiện làm việc phức tạp như đã phân tích

Lõi neo cũng có yêu cầu khắt khe về độ biến dạng khi chế tạo: độ biến dạng phải rẩt hạn chế vì chỉ cần một lượng biến dạng nhỏ như nếu lõi neo bị hơi vênh, điều kiện chịu lực của các răng sẽ không đều, có những răng không trực tiếp tiếp xúc với cáp, thực tế là không làm việc, những răng khác sẽ chịu mức tải lớn hơn tải trọng tính toán nên bị phá huỷ sớm hơn

Theo cách phân loại phổ biến hiện nay, có hai loại lõi neo: Lõi neo công tác và lõi neo công cụ Lõi neo công tác sau khi làm nhiệm vụ truyền lực cho cáp, được chôn trong bê tông, tuổi đời của lõi neo chính là tuổi dầm cầu Lõi neo công cụ sau mỗi lần kéo lại được tháo ra để thực hiện lần kéo khác, cho đến khi bị mòn để tuột cáp hoặc bị vỡ mới thôi Do phải làm nhiệm

vụ kéo nhiều lần, (có thể đến hàng trăm, thậm chí hàng nghìn lần), mỗi lần kéo sẽ tồn lại một lượng ứng suất dư trong lõi neo, nhiều lần kéo lượng ứng suất dư tích tụ dần cũng dẫn đến phá huỷ sớm hơn thời gian mong muốn Vì vậy khi chế tạo lõi neo, đặc biệt là neo công cụ, phải khử ứng suất triệt để trước khi sử dụng Ngoài ra do phải tháo dỡ nhiều lần trong điều kiện công trường nên neo công cụ cũng yêu cầu tính chống ăn mòn Có thể tóm tắt điều kiện chịu lực của lõi neo như sau:

- Chịu lực kéo, lực xiết với cường độ cao và thời gian dài truyền từ sợi cáp vào, đồng thời cũng chịu các lực ma sát khi tiếp xúc với cáp trên bề mặt và với vòng neo Bề mặt của lõi neo cần có độ cứng cao để chịu xiết mòn tốt

- Tại vị trí răng cưa do bị cáp tì xiết, kéo xoắn nên bị mài mòn lớn Để đảm bảo yêu cầu tiếp xúc với cáp khi kéo, độ cứng bề mặt tốt nhất từ 60

- 63 HRC [1 ] Nếu độ cứng cao hơn, răng neo bị giòn và dễ gãy, vỡ

- Lõi neo phải chịu áp lực từ vòng neo và các cơ cấu khi sợi cáp bị kéo căng, cần có độ dai và dẻo cần thiết ở trong lõi để có thể làm việc lâu dài

Tóm lại :

Yêu cầu cần đảm bảo của lõi neo về cơ tính là: Độ cứng trên bề mặt cao, tính chống mài mòn do ứng suất tiếp xúc gây ra tốt, trong lõi vẫn đủ độ dẻo dai và đủ độ bền để có thể chịu nén, không biến dạng và không để tụt cáp

Với neo công tác:

- Tải trọng được phân bố đều trên tất cả các răng

- Độ biến dạng khi nhiệt luyện là nhỏ nhất

Như đã phân tích ở trên, cơ cấu neo rất quan trọng đặc biệt là bộ phận lõi neo Chỉ cần một sai hỏng rất nhỏ cũng có thể gây nên hậu quả nghiêm trọng

về mặt kinh tế cũng như con người trong quá trình sử dụng Hiện nay lõi neo nội địa được sản xuất bằng các vật liệu khác nhau, quy trình công nghệ khác nhau nhưng chất lượng rất thấp, khi làm việc lõi neo nội địa đều có những sai hỏng nhất định

Lõi neo có hình dáng là nửa hoặc phần ba trụ rỗng, mặt trong, phần ôm cắn vào cáp có tiện răng để cắn và giữ chặt cáp

Với neo công cụ

Ngoài các yêu cầu trên còn đòi hỏi khả năng tháo lắp dễ dàng và khả năng chống ăn mòn

Sai hỏng thường gặp đối với lõi neo:

- Vỡ neo: Neo bị vỡ khi kéo cáp, bị trượt, mất khả năng tạo dự ứng lực cho toàn bộ sợi cáp Trong quá trình kéo chỉ cần một hoặc một vài lõi neo bị

vỡ, lực kéo dồn lên các neo khác làm hỏng toàn bộ hệ thống Trong trường

hợp đó phải kiểm tra lại toàn bộ lõi neo hoặc huỷ bỏ toàn bộ lô lõi neo Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến vỡ neo, do thép không đảm bảo độ dai, cũng có thể do độ cứng quá cao hoặc xuất hiện các khuyết tật trong chi tiết như khuyết

tật lỗ đen hoặc rỗ khí

- Neo bị nứt chân chim, có thể quan sát đựoc bằng mắt thường

- Gãy (hình 1.1.8), cùn răng, để cáp tuột khi kéo Nguyên nhân chính gây

nên hiện tượng này là do độ cứng không đạt dẫn đến khả năng mài mòn kém

- Răng bị lún khi kéo Hiện tượng này xảy ra khi độ cứng nền của lõi neo không đạt, xuất hiện khuyết tật phi Máctenxit hoặc do lượng Austennits dư nhiều sau khi nhiệt luyện

Hình 1.1.8 Lõi neo bị vỡ trong quá trình căng kéo

Khi lõi neo gặp không đáp ứng yêu cầu làm việc, cơ cấu dự ứng lực hoặc không còn tác dụng hoặc gây nguy hiểm cho toàn bộ hệ thống, hệ quả có thể xẩy ra ngay, có thể sẽ xẩy ra vào bất cứ lúc nào Với trường hợp căng kéo trước, công nhân làm đổ bê tông đồng thời với quá trình căng kéo, nếu neo vỡ hoặc gây đứt cáp, có thể gây chế người Nguyên nhân chính gây ra hai hiện tượng trên về vật liệu có thể là do các khuyết tật xuất hiện trong chi tiết sau khi được xử lý nhiệt Tuy nhiên, hình dáng, kích thước của lõi neo cũng rất quan trọng

Từ điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính nêu trên, nhận thấy là nếu cắt ngang một chiếc nêm neo, yêu cầu cơ tính trên toàn bộ tiết diện sẽ không đồng nhất: phần tiếp xúc với cáp (phần có răng) có độ cứng cao (khoảng 60-

62 HRC) để không mòn Phần nền (không tiếp xúc với cáp) cần độ cứng thấp (40 HRC) để có độ dai cao Yêu cầu của lõi neo là cần có sự khác biệt lớn về

về cơ tính giữa bề mặt và lõi Các loại thép đồng nhất thành phần đều có tính chất chung là khi độ cứng cao, độ dai sẽ giảm và ngược lại Vì vậy lõi neo không nên chế tạo bằng vật liệu có tính đồng nhất Để có cơ tính khác biệt giữa các phần, lõi neo phải có thành phần khác biệt giữa phần bề mặt và bên trong, nghĩa là phải được hoá nhiệt luyện

Vật liệu sử dụng khi hóa nhiệt luyện thường là thép cacbon thấp (hoặc trung bình nếu thấm nitơ)

1.2 Khảo sát vật liệu lõi neo hiện có trên thị trường Việt Nam

1.2.1 Phân tích lõi neo nhập ngoại

1.2.1.1 Phân tích biên dạng răng của lõi neo

Trên các công trường giao thông và xây dựng ở Việt Nam hiện nay đang

sử dụng phổ biến 2 loại neo: neo 3 mảnh và neo 2 mảnh Số mảnh càng nhiều thì khả năng chịu lực khi kéo càng tốt nhưng chế tạo, lắp đặt khó khăn và giá thành cao Giải pháp công nghệ được áp dụng ở đây là neo 2 mảnh có xẻ rãnh Với giải pháp này, neo làm việc như neo 3 mảnh mà thao tác dễ dàng Hầu như tất cả các nước đều chế tạo lõi neo hình côn với góc nghiêng

7o. Phần tiếp xúc với cáp được chế tạo răng để lõi neo bám vào cáp khi căng kéo Răng của lõi neo là có hình dáng và phân bố phù hợp để có thể giữ cáp Răng không bám quá sâu, làm thu nhỏ diện tích chịu lực, dẫn đến đứt cáp khi lực kéo lớn Các kích thước lõi neo khảo sát đều nhỏ hơn 1mm

Hình 1.2.1 là ảnh chụp mặt trong và phóng đại phần răng của lõi neo công cụ CHLB Đức được Công ty Bê tông Xuân Mai sử dụng trong sản xuất dầm bê tông đúc sẵn Qua phân tích ảnh trên ta thấy, các răng được thiết kế theo hình dạng “lượn sóng” thông thường, các răng cách đều nhau Nhưng có điểm đáng chú ý, càng đến vị trí côn nhỏ thì chiều cao của răng càng giảm đi

(răng bị “tù” đi) Ở đó, răng tiếp xúc với cáp đầu tiên và chịu lực lớn nhât, nên phải giảm bớt độ “sắc” của răng để có thể phân tán lực đều cho toàn bộ

răng trên lõi neo

Bước răng lớn dẫn đến chiều cao răng lớn, làm cho răng yếu và số răng trên một đơn vị chiều dài ít hơn, giảm hiệu quả làm việc Ngược lại, bước răng nhỏ không đủ chiều cao để “cắn” vào cáp Ngoài ra góc côn của neo cũng ảnh hưởng rất lớn đến lực ép của neo Nếu góc côn lớn, lực ép lên thành

vỏ neo cảng lớn, vỏ neo phải dày hơn để đủ bền dẫn đến tốn vật liệu, góc côn phù hợp là bảy độ

Nghiên cứu biên dạng lõi neo Trung Quốc (hình 1.2.2) cho thấy răng có

dạng “hình sóng”, đỉnh răng và chân răng không gãy khúc (nơi tập trung ứng suất), để tránh “cắn đứt” cáp khi làm việc Ngoài ra, răng phải có độ nghiêng nhất định ngược với chiều kéo cáp để tạo ra lực ma sát lớn chống lại sự tuột cáp

Lõi neo do Trung Quốc sản suất có khoảng cách bước răng rất đều (trung bình 1 mm) Độ lớn của các cạnh là như nhau 0,8620 mm (cạnh lớn) và 0,5440 mm (cạnh nhỏ) Các răng có chiều cao như nhau, chiều cao răng trung bình 0,4800 mm Với các kích thước răng được khảo sát ở trên, thêm vào nữa

Hình 1.2.1 Ảnh hiển vi điện tử chụp phần răng của lõi neo CHLB Đức

là chế độ xử lý nhiệt hợp lý, lõi neo của Trung Quốc sản xuất có thể kéokhoảng 60 - 80 lần mới bị hỏng

1.2.1.2 Thành phần vật liệu chế tạo lõi neo

lõi neo

C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Al Fe Đức (Lõi neo

Từ kết quả phân tích thành phần ta thấy:

- Các nước đều sử dụng thép có hàm lượng các bon thấp (<0,25%)

- Thép chế tạo lõi neo của tất cả các nước đều là thép tốt (hàm lượng P, S

<0,02%)

- Các nguyên tố hợp kim chủ yếu là: Cr và Mn, Mo

Là những nguyên tố có khả năng tạo cácbit mạnh làm tăng độ cứng cho vật liệu, ngoài ra chúng còn làm tăng độ thấm tôi, tuy nhiên các nguyên tố đó làm giảm độ dai của thép

Với hàm lượng cacbon nhỏ (trong thép làm lõi neo của tất cả các nước),

độ cứng của thép đạt tối đa ngay cả sau khi nhiệt luyện cũng chỉ 40-42HRC Trị số độ cứng đó khiến cho thép dai, không vỡ khi chịu nén, hợp với phần không tiếp xúc với cáp nhưng không phù hợp với phần bề mặt tiếp xúc với cáp vì thậm chí còn nhỏ hơn độ cứng của sợi cáp

b Thành phần bề mặt lõi neo

Phân tích tại điểm cách bề mặt 100 µm theo phương pháp EDX (hình

1.2.3), thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vật lý, ĐHBKHN

Hình 1.2.3 Kết quả phân tích phổ EDX

Các kết quả phân tích thành phần bề mặt lõi neo cho thấy trên bề mặt, ngoài các nguyên tố có trong nền, trên bề mặt có hàm lượng cacbon là 0,8% cao hơn trong lõi (0,2%), và đặc biệt là trên bề mặt có nguyên tố nitơ (0,3%

N2), trong lõi không có nguyên tố này Chính cacbon và nitơ đã kết hợp với sắt và các nguyên tố hợp kim như Cr, Mn Mo tạo nên các loại cacbit, nitơrit

là những pha có độ cứng cao làm cho bề mặt có độ cứng cao, trong khi lõi vẫn giữ được độ dai cần thiết

Từ các kết quả khảo sát thành phần trên đây có thể phán đoán rằng lõi neo đã được chế tạo từ thép có hàm lượng cacbon thấp, sau đó được xử lý nhiệt trong môi trường đặc biệt có các nguyên tử cacbon và nitơ cao, các nguyên tố này khuếch tán vào bề mặt chi tiết, tạo nên các pha có độ cứng cao trên bề mặt

1.2.1.3 Phân tích tổ chức tế vi lõi neo

sẽ làm cho bề mặt không bị giòn nên răng của lõi neo không bị gãy khi kéo Vùng tiếp theo (vùng II): có màu sẫm hơn so với vùng I Đó là vùng

Hình 1.2.4 Tổ chức tế vi lớp bề mặt lõi neo Đức phóng đại 500 và 1000

mactenxit có chứa nitơ và austenis dư khá lớn (lớn hơn vùng I) và vẫn chứa xen kẽ cacbit và nitơrit

Vùng III chứa nhiều mactenxit khá mịn có độ cứng cao

Hình 1.2.5 Tổ chức tế vi lớp bề mặt lõi neo TQ x500

b Tổ chức nền (hay là phần lõi của lõi neo)

Tổ chức tế vi bao gồm các kim mactenxit (hình 1.2.6), chứng tỏ lõi neo

đã được tôi Rõ ràng là do sự khác nhau về thành phần đã dẫn đến sự khác nhau về tổ chức của lõi neo và do đó dẫn đến sự khác nhau về tính chất

Hình 1.2.6 Ảnh tế vi phần dưới bề mặt của lõi neo x500

1.2.1.4 Khảo sát độ cứng của lõi neo

Lõi neo được cắt ngang, mài bóng và được đo độ cứng từ ngoài bề mặt vào Thực hiện đo trên máy đo độ cứng tế vi Duramin của Đan Mạch, tải