Hầm và đường hầm: Trong các công trình hầm và đường hầm, bê tông cốt sợi thép giúp tăng cường khả năng chống nứt và giảm thiểu hiện tượng co ngót, đồng thời cải thiện khả năng chống áp l
THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA
Sợi thép (Steel Fiber)
Các đoạn thép ngắn dạng sợi có thể được trộn đều vào hỗn hợp bê tông hoặc vữa, bao gồm các loại như: sợi trơn hoặc biến dạng từ dây thép vuốt nguội, sợi trơn hoặc biến dạng từ thép tấm, sợi được hình thành từ thép nóng chảy, và sợi nghiền cắt.
Sợi biến dạng (Deformed Fiber)
Sợi được uốn cong, làm dẹt, hoặc được tạo nhám để tăng tính bám dính cơ học với xi măng trong bê tông hoặc vữa.
Chiều dài hoặc chiều dài danh nghĩa (Length hoặc Nominal legth)
Khoảng cách giữa hai đầu sợi, đối với sợi biến dạng khoảng cách này được gọi là chiều dài danh nghĩa (đo sau khi biến dạng).
Chiều dài duỗi (đối với sợi biến dạng có tiết diện không đồng đều) [Developed length (for deformed fibers with irregular cross section)]
Chiều dài sợi sau khi duỗi thẳng mà không làm biến đổi tiết diện.
Đường kính tương đương - d tđ (Equivalent diameter)
Đường kính của hình tròn tương ứng với diện tích tiết diện trung bình của sợi Đối với sợi có tiết diện tròn đều, đường kính tương đương chính là đường kính của sợi (d).
Giới hạn đường kính tương đương – d gtđ (Range of equivalent diameter) 12 1.7 Tỷ lệ hướng sợi – 𝜆 (Aspect ratio)
Giá trị đại diện cho đường kính tương đương của sợi loại V
1.7 Tỷ lệ hướng sợi – 𝜆 (Aspect ratio)
Tỷ lệ chiều dài (l) so với đường kính của sợi.
Cường độ chịu kéo/độ bên kéo của sợi (Tensile strength of the fiber)
Cường độ chịu kéo của sợi là ứng suất tối đa mà nó có thể chịu đựng khi bị kéo Để tính cường độ chịu kéo, ta chia lực kéo lớn nhất cho tiết diện trung bình của sợi.
Khả năng chịu uốn (Ductility)
Khả năng của sợi duy trì tính nguyên vẹn, không bị đứt gãy khi chịu uốn quanh trục có đường kính quy định.
Bê tông cốt sợi thép (Steel Fiber Reinforced Concrete – SFRC)
Vật liệu xây dựng này được sản xuất bằng cách kết hợp bê tông thông thường với sợi thép ngắn, được phân bố ngẫu nhiên trong hỗn hợp Sự kết hợp này không chỉ tăng cường độ mà còn cải thiện khả năng chịu lực của bê tông.
PHÂN LOẠI
Theo vật liệu gốc hoặc quá trình gia công
Các loại sợi thép được xác định bởi ASTM A820:
Theo vật liệu gốc hoặc quá trình gia công, sợi thép được phân thành 5 loại sau: Loại I, từ dây thép vuốt nguội;
Loại II, từ thép tấm;
Loại III, từ thép nấu chảy;
Loại IV, từ quá trình nghiền cắt;
2.1.1 Loại I, từ dây thép vuốt nguội
Bê tông cốt sợi từ dây thép vuốt nguội là loại bê tông cốt sợi thép được sản xuất từ sợi thép qua quá trình kéo nguội, giúp tăng cường độ bền của thép mà không cần gia nhiệt Quá trình này cho phép sợi thép đạt được độ cứng và cường độ cao hơn so với sợi thép thông thường, mang lại nhiều lợi ích cho ứng dụng trong xây dựng.
2.1.1.1 Quá trình sản xuất sợi thép vuốt nguội
Dây thép vuốt nguội được sản xuất bằng cách kéo thanh thép qua các khuôn nhỏ hơn mà không gia nhiệt Quá trình này giúp:
+ Tăng cường độ bền kéo của sợi thép
+ Cải thiện khả năng chịu mài mòn và độ bền mỏi của sợi
+ Giảm kích thước của dây thép xuống mức mong muốn, thường có đường kính từ
Sợi thép vuốt nguội có thể có các dạng như thẳng, có móc ở đầu, hoặc dạng sóng để tăng khả năng bám dính trong bê tông
2.1.1.2 Đặc tính của bê tông cốt sợi dây thép vuốt nguội a Khả năng chịu kéo và uốn cao:
Sợi thép vuốt nguội có cường độ kéo cao từ 1000 MPa đến 2500 MPa giúp tăng khả năng chịu kéo của bê tông, đặc biệt là trong việc cải thiện khả năng chống nứt trong giai đoạn đầu khi bê tông co ngót và giãn nở nhiệt.
Bê tông cốt sợi thép vuốt nguội có khả năng chịu uốn vượt trội so với bê tông thông thường, tăng cường khả năng chịu tải trọng động và tải trọng không đều Đồng thời, loại bê tông này cũng có khả năng chống nứt tốt hơn, giúp đảm bảo độ bền và tuổi thọ công trình.
Sợi thép vuốt nguội được phân tán ngẫu nhiên trong bê tông, tạo ra sự liên kết chặt chẽ với vữa xi măng, giúp ngăn chặn và kiểm soát sự phát triển của các vết nứt Nhờ đó, bê tông trở nên bền hơn dưới tác động của tải trọng nặng và trong các môi trường khắc nghiệt, đồng thời tăng khả năng chịu va đập và mài mòn.
Bê tông cốt sợi thép vuốt nguội có khả năng chịu va đập vượt trội so với bê tông không có cốt sợi, điều này khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các công trình chịu tải trọng lớn hoặc trong môi trường có va đập mạnh.
Khả năng chịu mài mòn vượt trội giúp gia tăng tuổi thọ cho các bề mặt chịu ma sát như sàn nhà máy, kho hàng và mặt đường Ngoài ra, khả năng phân tán ứng suất tốt hơn cũng là một yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ các bề mặt này khỏi hư hại.
Khi bê tông chịu tải trọng, các sợi thép vuốt nguội đóng vai trò quan trọng trong việc phân tán ứng suất, từ đó giảm thiểu sự tập trung ứng suất tại một điểm cụ thể Điều này không chỉ giúp giảm nguy cơ phát sinh vết nứt lớn mà còn duy trì tính toàn vẹn của kết cấu bê tông.
2.1.1.3 Ưu điểm của bê tông cốt sợi dây thép vuốt nguội
Tăng khả năng chịu tải: Bê tông cốt sợi thép vuốt nguội có khả năng chịu tải trọng lớn hơn, cả ở dạng tải tĩnh và tải động
Chống nứt: Việc phân bố sợi thép trong bê tông giúp giảm hiện tượng nứt vi mô và làm chậm sự phát triển của các vết nứt
Cải thiện độ bền lâu dài của bê tông là yếu tố quan trọng, giúp tăng cường khả năng chống mài mòn, chịu va đập và độ dẻo dai Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất của vật liệu mà còn kéo dài tuổi thọ của công trình, đảm bảo sự bền vững và an toàn trong suốt thời gian sử dụng.
Chống co ngót: Giảm thiểu hiện tượng co ngót, một nguyên nhân chính dẫn đến sự phát sinh vết nứt trong các công trình bê tông thông thường
2.1.1.4 Ứng dụng của bê tông cốt sợi dây thép vuốt nguội
+ Các tầng hầm: Chịu lực lớn từ đất đai, yêu cầu độ bền cao
+ Sàn nhà các tòa nhà cao tầng: Chịu tải trọng lớn từ người và đồ vật
+ Các cấu kiện chịu lực: Dầm, cột, sàn bê tông dự ứng lực
+ Sàn nhà xưởng: Chịu tải trọng động lớn từ máy móc thiết bị
+ Bể chứa: Chống thấm, chịu áp lực nước
+ Cầu cống: Chịu lực uốn, kéo, nén lớn
2.1.2 Loại II, từ thép tấm
Bê tông cốt sợi từ dây thép tấm (Bê tông cốt sợi thép lưới hàn) là một loại bê tông đặc biệt, sử dụng các sợi thép được sản xuất từ dây thép tấm thay vì các sợi đơn lẻ ngẫu nhiên Thép tấm, hay còn gọi là thép lưới, được tạo ra bằng cách hàn các sợi thép theo hình vuông hoặc hình chữ nhật, hình thành lưới chắc chắn Sau đó, lưới này có thể được cắt nhỏ và đưa vào bê tông, tạo thành một dạng cốt sợi hiệu quả, nâng cao tính bền vững và độ chịu lực của bê tông.
2.1.2.1 Quy trình sản xuất dây thép tấm
Thép tấm hàn được tạo ra bằng cách hàn các thanh hoặc dây thép tại các điểm giao nhau, hình thành nên các tấm lưới với kích thước mắt lưới và đường kính dây thép đa dạng, phù hợp với yêu cầu cụ thể của từng công trình.
Dây thép tấm có thể được cắt ngắn để làm sợi gia cường cho bê tông, từ đó tạo ra cấu trúc vững chắc cho toàn bộ khối bê tông.
2.1.2.2 Đặc tính của bê tông cốt sợi dây thép tấm a Cường độ cao và độ cứng tốt:
Sợi thép tấm có cường độ chịu kéo cao nhờ vào quá trình sản xuất từ thép chất lượng, mang lại khả năng chịu tải trọng lớn nhờ cấu trúc lưới hàn Đồng thời, dây thép tấm cũng tăng cường độ cứng cho khối bê tông, tạo ra hệ thống kết cấu chịu lực vững chắc, phù hợp cho các công trình yêu cầu khả năng chịu lực lớn và khả năng phân bố lực tốt.
Dây thép tấm có khả năng phân bố lực tốt hơn so với các sợi thép đơn lẻ phân tán ngẫu nhiên nhờ vào cấu trúc lưới đồng đều, giúp giảm hiện tượng co ngót và nứt vi mô Điều này góp phần tăng cường tính bền vững của bê tông dưới tải trọng uốn.
Cấu trúc lưới của dây thép tấm không chỉ gia cường toàn bộ khối bê tông mà còn giảm thiểu sự phát triển của các vết nứt do tải trọng hoặc co ngót Các điểm giao nhau của lưới thép tạo ra những vùng cản trở sự phát triển của vết nứt, từ đó làm giảm tốc độ lan rộng của chúng Điều này cũng góp phần tăng khả năng chịu tải trọng động của công trình.
Bê tông cốt sợi dây thép là giải pháp hiệu quả để chống lại các tải trọng động như rung lắc và va đập Cấu trúc lưới thép trong bê tông giúp phân phối đều lực va đập, giảm thiểu hư hại tại các điểm có ứng suất cao Đặc biệt, vật liệu này còn có độ bám dính cao với vữa xi măng, tăng cường tính bền vững cho công trình.
Theo hình dạng
Theo hình dạng, sợi thép được phân thành 2 loại:
Sợi thẳng trong bê tông cốt sợi thép là loại sợi gia cường được làm từ thép, có hình dạng thẳng và được trộn trực tiếp vào hỗn hợp bê tông Mục đích của việc sử dụng sợi thép thẳng là để cải thiện các tính chất cơ học của bê tông, như khả năng chịu lực kéo, uốn và mỏi Sợi thép thẳng không thay thế hoàn toàn thép cốt truyền thống mà bổ sung vào kết cấu bê tông, giúp giảm sự hình thành và lan rộng của các vết nứt.
2.2.1.1 Đặc điểm chính của sợi thẳng ˗ Vật liệu thép: Sợi được làm từ thép cường độ cao, có khả năng chịu lực kéo tốt ˗ Hình dạng thẳng: Khác với các loại sợi có hình dạng xoắn, móc câu hay lượn sóng, sợi thẳng có cấu trúc đơn giản, cho phép dễ dàng phân tán trong hỗn hợp bê tông ˗ Chiều dài và đường kính đa dạng: Chiều dài sợi thường dao động từ 20mm đến 60mm và đường kính từ 0,3 mm đến 1mm, tùy thuộc vào yêu cầu của từng ứng dụng cụ thể
2.2.1.2 Ảnh hưởng của sợi thẳng trong bê tông cốt sợi đến chất lượng bê tông a Cải thiện các tính năng cơ học:
Sợi thép tăng cường độ chịu uốn và kéo của bê tông bằng cách phân tán các vết nứt khi bê tông chịu tải trọng Nhờ vào sự hỗ trợ của sợi thép, bê tông cốt sợi thép có khả năng chịu uốn và kéo vượt trội so với bê tông thông thường, đặc biệt khi phải đối mặt với các tác động đột ngột như va đập hoặc rung động.
Sợi thép tăng cường khả năng hấp thụ năng lượng va đập của bê tông, giúp nâng cao độ bền va đập và giảm thiệt hại khi bê tông chịu lực tác động mạnh.
Sợi thép có vai trò quan trọng trong việc giảm co ngót và nứt vỡ của bê tông khi đông cứng, giúp hạn chế sự xuất hiện của các vết nứt.
Bê tông cốt sợi thép nổi bật với khả năng tăng độ bền mỏi, cho phép chịu đựng nhiều chu kỳ tải trọng lặp đi lặp lại mà không làm giảm độ bền của vật liệu.
Cải thiện khả năng chịu nhiệt và hóa chất của bê tông là rất quan trọng, vì một số loại sợi thẳng có khả năng này giúp tăng cường độ bền của bê tông trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Bê tông cốt sợi thép mang lại tính ổn định kích thước vượt trội, giúp giảm thiểu sự biến dạng do ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm.
Sợi thẳng phân tán đều trong bê tông giúp hạn chế sự phát triển của vết nứt, giảm kích thước và mật độ của chúng, từ đó ngăn chặn sự hình thành các vết nứt lớn Đồng thời, bề mặt bê tông cốt sợi cũng có độ cứng cao hơn, nâng cao khả năng chịu mài mòn và ma sát, mang lại độ bền lâu dài cho công trình.
Việc bổ sung sợi thẳng vào bê tông giúp giảm thiểu hiện tượng co ngót, đồng thời tăng cường tính ổn định kích thước cho vật liệu này Bê tông cốt sợi có khả năng duy trì kích thước tốt hơn, ít bị biến dạng khi chịu tác động của nhiệt độ và độ ẩm.
Bê tông cốt sợi có khả năng thi công vượt trội, giúp dễ dàng trong quá trình bơm và đầm nén Tuy nhiên, chất lượng của bê tông cốt sợi thép còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau.
Sợi thép có nhiều loại như sợi thép cacbon, sợi thép không gỉ và sợi thép thủy tinh, mỗi loại mang những đặc tính riêng biệt Những đặc tính này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả tăng cường của bê tông, góp phần nâng cao độ bền và khả năng chịu lực của công trình.
Hàm lượng sợi thép trong hỗn hợp bê tông ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất của bê tông Nếu tỷ lệ sợi thép quá thấp, hiệu quả cải thiện sẽ không đáng kể, trong khi hàm lượng quá cao có thể làm giảm tính thi công và gia tăng chi phí.
Kích thước và hình dạng của sợi thép đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu quả bê tông Sợi thép nhỏ với hình dạng ngẫu nhiên thường phân bố đều hơn, từ đó nâng cao khả năng gia cố cho công trình.
Tính chất của bê tông nền: Tính chất của bê tông nền như cường độ, độ dẻo, độ bền cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của sợi thép
2.2.1.3 Cơ chế hoạt động của sợi thẳng a Gia cường lực kéo và uốn:
Bê tông thường có khả năng chịu lực nén tốt nhưng lại yếu trong việc chịu lực kéo và uốn Khi bê tông phải chịu tác động kéo hoặc uốn, ứng suất phát sinh có thể vượt quá giới hạn chịu đựng của nó, dẫn đến hiện tượng nứt gãy.
So sánh với bê tông cốt sợi dạng sợi thẳng
2.3.1 Các loại sợi định hình thường dùng
Sợi thép định hình: Có độ bền cao, được sử dụng rộng rãi trong các công trình chịu tải nặng
Sợi carbon định hình nổi bật với độ bền kéo cực cao và trọng lượng nhẹ, là lựa chọn lý tưởng cho các công trình đặc biệt cần đảm bảo độ bền và giảm thiểu trọng lượng.
Phân bố không đồng đều: Cả hai loại sợi có thể không phân bố đều trong hỗn hợp bê tông, dẫn đến chất lượng bê tông không nhất quán
Trọng lượng nặng: Bê tông cốt sợi thường nặng hơn nhiều so với bê tông thông thường, gây khó khăn trong việc vận chuyển và thi công
Bê tông cốt sợi có khả năng cách âm và cách nhiệt kém, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng trong một số công trình.
Thi công yêu cầu kỹ thuật cao và sự tỉ mỉ để đảm bảo sự phân bố đồng đều của các sợi, từ đó đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình thực hiện.
Bê tông cốt sợi thẳng:
Sợi thẳng có khả năng liên kết kém hơn so với các sợi định hình, điều này dẫn đến hiệu quả gia cố không đạt mức cao nhất.
Bê tông cốt sợi định hình:
Chi phí cao hơn: Các sợi định hình thường có chi phí sản xuất và thi công cao hơn so với sợi thẳng.
ĐẶC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP
Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến tốc độ phát triển cường độ nén của bê tông cốt sợi theo thời gian
tông cốt sợi theo thời gian
Kết quả thử nghiệm cường độ nén của bê tông cho thấy, sau 28 ngày, bê tông nền không có sợi thép đạt cường độ thấp nhất 155,2 MPa Bê tông có 4% sợi thép đạt cường độ cao nhất 170,8 MPa, tăng 10,1% so với bê tông nền Bê tông với 1% sợi thép chỉ tăng nhẹ lên 156,7 MPa, trong khi bê tông có 2% sợi thép đạt 165,6 MPa (tăng 6,7%) và 3% sợi thép đạt 169,1 MPa (tăng 8,9%) Kết quả cho thấy rằng sự có mặt của sợi thép trong bê tông làm tăng cường độ chịu nén, và cường độ này tỷ lệ thuận với hàm lượng sợi thép.
Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến sự phát triển cường độ chịu kéo trực tiếp của bê tông cốt sợi
Mẫu nghiên cứu hình chữ I, với tiết diện lớn ở hai đầu, được cố định chắc chắn tại hai đầu và chịu tải kéo từ ngàm di động của máy kéo vạn năng.
Theo kết quả thể hiện ảnh hưởng của sợi thép đến khả năng chịu kéo của bê tông
Khả năng chịu kéo trực tiếp của bê tông với hàm lượng sợi thép 1% chỉ tăng nhẹ 11,2% (tương đương 0,55 MPa) so với mẫu bê tông nền không có sợi thép Trong khi đó, mẫu bê tông có 2% sợi thép ghi nhận mức tăng 33,5% (1,65 MPa), mẫu 3% sợi thép tăng 85,2% (4,19 MPa), và mẫu 4% sợi thép đạt mức tăng cao nhất là 109% (5,38 MPa) so với bê tông nền.
Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến tốc độ phát triển cường độ uốn của bê tông cốt sợi theo thời gian
Khi thêm sợi thép vào bê tông, cường độ chịu uốn của bê tông ở 28 ngày tuổi tăng lên đáng kể Cụ thể, với 1% sợi thép, cường độ tăng 24,6% (7,15 MPa), 2% sợi thép tăng 65% (13,14 MPa), 3% sợi thép tăng 122% (24,46 MPa) và 4% sợi thép tăng 180% (36,15 MPa) Điều này cho thấy hàm lượng sợi thép có ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng chịu uốn của bê tông, đồng thời cho thấy sự truyền ứng suất từ bê tông nền sang sợi thép.
Kết luận về ba trường hợp Nén, Kéo, Uốn cho thấy sự có mặt của sợi thép trong bê tông mang lại nhiều lợi ích đáng kể Cụ thể, với 4% sợi thép, cường độ chịu uốn của bê tông tăng gấp 2,8 lần, đạt 56,2 MPa so với 20,05 MPa của bê tông không có sợi thép Hàm lượng sợi thép này cũng giúp cường độ chịu kéo đạt tối đa 10,3 MPa Hơn nữa, sợi thép cải thiện khả năng chịu nén của bê tông lên đến 10%, với cường độ nén đạt 170,8 MPa so với 155,2 MPa của bê tông không có sợi thép Cuối cùng, sợi thép còn nâng cao tính dẻo dai của bê tông, với độ dẻo dai tăng theo hàm lượng sợi thép.
Dầm bê tông có chứa 3% sợi thép đạt chỉ số dẻo dai cao nhất với I3 = 12,3 và I5,5 = 9,9 Ngược lại, dầm bê tông với 1% sợi thép có chỉ số dẻo dai thấp nhất, với I3 = 7 và I5,5 = 10,7 Dầm bê tông chứa 2% sợi thép có chỉ số dẻo dai trung bình, với I3 = 9,2 và I5,5 = 11.
Khả năng chống va đập của bê tông cốt sợi
Khả năng chống va đập của bê tông cốt sợi tăng lên khi hàm lượng sợi trong hỗn hợp tăng Cụ thể, khi sử dụng 4% sợi bazan, khả năng chống va đập của bê tông cải thiện rõ rệt so với bê tông thương phẩm cường độ cao không có cốt sợi Sự gia tăng này thể hiện qua số lần rơi mà không xuất hiện vết nứt hoặc phá hoại hoàn toàn mẫu bê tông.
So sánh với các loại bê tông thông thường khác
Bê tông cốt sợi đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật với cường độ cao, kích thước ổn định, tính bám dính tốt và khả năng chịu uốn, chịu cắt Sản phẩm này được đánh giá cao nhờ tính năng hữu ích, giúp giảm chi phí xây dựng bằng cách rút ngắn thời gian thi công, đồng thời nâng cao khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ cho công trình.
Việc kéo dài tuổi thọ cho các công trình xây dựng không chỉ giúp hạn chế các khe nứt mà còn nâng cao độ an toàn và đảm bảo chất lượng sau khi đổ.
• Khả năng chống co ngót nhựa trong khi đóng rắn; khả năng chống cháy
Sợi trong bê tông có khả năng giảm tính thấm, giúp hạn chế lượng nước chảy ra ngoài và giảm thiểu hiện tượng nứt do co ngót trong quá trình đóng rắn.
Một số loại sợi được sử dụng để cải thiện khả năng chống mài mòn, va đập và chống vỡ của bê tông, từ đó giảm thiểu tình trạng thủng lỗ trên bề mặt sàn bê tông.
• Khả năng chịu tải của bê tông cốt sợi được tăng lên gấp nhiều lần so với bê tông truyền thống
Bê tông sợi, mặc dù có nhiều ưu điểm nổi bật, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm Đầu tiên, khi đổ bê tông sợi, việc phân bố và phân tán của các sợi có thể không đồng đều, dẫn đến chất lượng bê tông không nhất quán Để khắc phục vấn đề này, cần phải có cấu hình chính xác hơn so với bê tông thông thường Thứ hai, một số loại bê tông sợi có trọng tải nặng hơn nhiều so với bê tông thông thường, gây khó khăn trong việc vận chuyển và thi công tại công trường.
Do những hạn chế của bê tông cốt sợi, bạn cần lưu ý và áp dụng biện pháp khắc phục hợp lý để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng.
YÊU CẦU KỸ THUẬT
Yêu cầu về thiết kế
4.1.1 Phương pháp tính toán thiết kế
Mô hình hóa và phân tích là bước quan trọng trong thiết kế kết cấu bê tông cốt sợi thép, thường sử dụng các mô hình phân tích phi tuyến để mô phỏng hành vi của vật liệu dưới tải trọng Phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEM) được áp dụng phổ biến để dự đoán ứng xử của các kết cấu này.
Tiêu chuẩn thiết kế cho bê tông sợi (SFRC) có thể được tham khảo từ các quy định quốc tế như ACI (American Concrete Institute) và Eurocode Những tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn chi tiết, bao gồm các công thức và phương pháp tính toán cần thiết để đánh giá khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu.
Hệ số an toàn là yếu tố quan trọng trong thiết kế, giúp đảm bảo kết cấu có khả năng chịu đựng các tải trọng dự kiến trong suốt vòng đời của nó Việc áp dụng các hệ số an toàn phù hợp là cần thiết để bảo vệ tính bền vững và ổn định của công trình.
4.1.2 Thành phần và cấu trúc bê tông
Cấp phối bê tông cốt sợi thép cần đảm bảo cường độ và tính chất cơ học phù hợp với yêu cầu chịu tải Việc sử dụng cốt sợi thép giúp tăng cường khả năng chịu kéo, chịu uốn và giảm thiểu hiện tượng nứt cho bê tông.
Bảng cấp phối tham khảo cho bê tông cốt sợi thép (theo m³ bê tông)
Cát (hạt trung bình, loại tốt) 600 - 800 kg Đá (đá dăm 1x2 cm) 1000 - 1200 kg
Phụ gia (giảm nước, tăng dẻo) 3 - 5 lít
Sợi thép (dài 25 - 50 mm) 25 - 50 kg
Tỷ lệ cấp phối có thể điều chỉnh dựa trên yêu cầu kỹ thuật của công trình, điều kiện môi trường thi công và đặc tính của vật liệu có sẵn.
Trước khi tiến hành thi công, việc thực hiện thí nghiệm cấp phối là rất cần thiết để đảm bảo rằng hỗn hợp đạt được các tiêu chí về cường độ, tính công tác và độ bền lâu dài.
• Sợi thép phải được phân bố đồng đều trong bê tông để tránh hiện tượng kết tụ, làm giảm chất lượng của bê tông
Tỷ lệ trộn cốt sợi thép trong bê tông cần được xác định chính xác, thường dao động từ 0,5% đến 2% thể tích bê tông, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu thiết kế Để đảm bảo chất lượng, cường độ của bê tông cốt sợi thép phải đáp ứng các tiêu chuẩn quy định về khả năng chịu kéo, chịu nén và độ bền chịu uốn.
Sợi thép được sử dụng trong bê tông có đường kính thường từ 0,5 mm trở lên, với nhiều hình dạng khác nhau như thẳng, móc câu, hoặc xoắn, nhằm tăng cường độ bám dính trong hỗn hợp bê tông.
Chất lượng sợi thép là yếu tố quan trọng, với cường độ chịu kéo tối thiểu đạt 1000 MPa Ngoài ra, sợi thép cần phải được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo không bị gỉ sét hoặc hư hại trước khi đưa vào sử dụng.
4.1.4 Tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông Độ sụt: Đảm bảo hỗn hợp bê tông có khả năng thi công tốt, độ sụt không quá cao hoặc quá thấp, thường được kiểm tra bằng côn sụt
Khả năng chống thấm: Yêu cầu bê tông cốt sợi thép phải đạt khả năng chống thấm nước và bảo vệ cốt sợi thép khỏi bị ăn mòn
Khả năng co ngót và nứt: Bê tông cốt sợi thép phải có khả năng giảm co ngót, giảm thiểu nứt trong giai đoạn đóng rắn và sử dụng
Để đảm bảo tính chất của kết cấu bê tông, việc phân phối cốt sợi thép cần được thực hiện đồng đều trong hỗn hợp, tránh tình trạng dồn cục hoặc phân bố không đồng nhất.
Phương pháp thi công bê tông yêu cầu quy trình trộn, đổ và nén phải tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt Điều này giúp đảm bảo bê tông được phân phối đồng đều, tránh tình trạng tách lớp hoặc hình thành bọt khí.
Yêu cầu về kỹ thuật
Cho phép tồn tại các vết nứt, mối nối và bất thường trên bề mặt sợi, miễn là cường độ chịu kéo đạt yêu cầu tiêu chuẩn và không ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng trộn đều trong hỗn hợp bê tông.
Theo TCVN 12393:2018, cho phép có gỉ, vảy cán hoặc các lớp phủ khác trong hỗn hợp bê tông, miễn là các sợi riêng lẻ có thể tách rời Đồng thời, cường độ chịu kéo và khả năng chịu uốn của hỗn hợp không được thấp hơn mức yêu cầu của tiêu chuẩn này.
Khi sợi thép được phủ lớp bảo vệ như kẽm, nhà sản xuất cần công bố loại và lượng lớp phủ theo đơn vị g/m², cũng như chức năng và phương pháp kiểm tra lớp phủ đó.
4.2.2 Mức sai lệch kích thước cho phép
Mức sai lệch kích thước cho phép của chiều dài, đường kính và tỷ lệ hướng sợi được quy định tại Bảng 1
Chỉ tiêu Ký hiệu Mức sai lệch của từng giá trị riêng lẻ so với giá trị công bố
Mức sai lệch của giá trị trung bình so với giá trị công bố
Bảng 1 - Mức sai lệch cho phép của chiều dài, đường kính và tỷ lệ hướng sợ
Cường độ chịu kéo (Rm) của sợi được xác định theo TCVN 197-1:2014 (ISO 6892-1:2009) với các sai lệch cho phép: đối với sợi loại I và V, cường độ chịu kéo được đo từ dây gốc trước khi biến dạng, cho phép sai lệch 15% cho từng giá trị riêng lẻ và 7.5% cho giá trị trung bình, với ít nhất 95% kết quả thỏa mãn Đối với sợi loại II, cường độ cũng được xác định từ thép tấm gốc với cùng mức sai lệch Sợi loại III và IV có chiều dài kẹp tối thiểu 20 mm, cường độ chịu kéo được xác định bằng cách chia lực kéo lớn nhất cho tiết diện nhỏ nhất, với nhà sản xuất có thể sử dụng phương pháp quang học để xác định tiết diện Đối với loại III và IV, nhà sản xuất phải công bố giá trị cường độ chịu kéo nhỏ nhất, với ít nhất 90% giá trị riêng lẻ phù hợp.
Sợi sẽ trải nghiệm vẫn giữ nguyên vẹn, không bị gãy khi uốn quanh trục có đường kính quy định
Nhà sản xuất cần công bố mô đun đàn hồi của sợi, với mô đun đàn hồi của sợi thép thường khoảng 200000 Mpa Đối với sợi thép không gỉ, giá trị này phụ thuộc vào thành phần vật liệu và thường xấp xỉ 170000 Mpa.
Yêu cầu về vật liệu
Loại xi măng: Bê tông cốt sợi thép thường sử dụng xi măng poóc lăng (Portland) hoặc xi măng poóc lăng hỗn hợp, phù hợp với TCVN 2682:2009
Chất lượng xi măng: Xi măng phải có chất lượng tốt, đáp ứng yêu cầu về cường độ,
Cốt liệu lớn (đá dăm hoặc sỏi):
• Đá hoặc sỏi phải có kích thước phù hợp với cấp phối của bê tông (thường từ 5 mm đến 20 mm)
• Cốt liệu phải đảm bảo sạch sẽ, không có tạp chất hữu cơ hoặc chất bẩn làm giảm độ kết dính
• Cốt liệu lớn phải đảm bảo tuân theo TCVN 7570:2006 (yêu cầu kỹ thuật đối với cốt liệu cho bê tông và vữa)
• Cát dùng trong bê tông phải là cát tự nhiên hoặc cát nghiền đạt tiêu chuẩn về kích thước hạt, không lẫn tạp chất, đáp ứng theo TCVN 7570:2006
• Độ mịn của cát thường được kiểm tra và phải đáp ứng tiêu chuẩn về cấp phối hạt, đảm bảo tính liên kết tốt trong hỗn hợp
Sợi thép trong bê tông cốt sợi có thể là sợi thẳng, sợi uốn móc hoặc sợi xoắn, nhằm nâng cao độ bám dính và khả năng chịu lực của bê tông.
Sợi thép thường được làm từ thép carbon cao hoặc thép không gỉ, mang lại độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt Đường kính sợi thép dao động từ 0,3 mm đến 1,5 mm, trong khi chiều dài của chúng từ 20 mm đến 60 mm Để đảm bảo chất lượng, độ dài và tỷ lệ hướng sợi cần tuân thủ các quy định về mức sai lệch kích thước cho phép theo tiêu chuẩn, chẳng hạn như TCVN 12393:2018.
• Sợi thép phải có cường độ chịu kéo tối thiểu là 1000 MPa Điều này đảm bảo tăng cường khả năng chịu kéo và chịu uốn của bê tông
• Các yêu cầu kỹ thuật về sợi thép được quy định chi tiết trong TCVN 12393:2018 (Sợi thép dùng trong bê tông)
Chất lượng nước: Nước dùng trong trộn bê tông phải là nước sạch, không chứa tạp chất có hại (như dầu, axit, muối, hoặc kiềm), phù hợp với TCVN 4506:2012
Phụ gia hóa học đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính năng của bê tông, với các loại như phụ gia giảm nước, phụ gia đông cứng nhanh và phụ gia chống thấm Để đảm bảo chất lượng, các phụ gia này cần tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 8826:2012 về phụ gia hóa học cho bê tông.
Phụ gia khoáng như tro bay, xỉ lò cao và silica fume có khả năng nâng cao độ bền của bê tông Để đảm bảo hiệu quả, các phụ gia này cần đáp ứng tiêu chuẩn về hàm lượng, kích thước hạt và không chứa chất độc hại cho sợi thép.
Yêu cầu về bảo dưỡng
4.4.1 Thời gian và giai đoạn bảo dưỡng
Bê tông cốt sợi thép cần được bảo dưỡng liên tục ít nhất 7 ngày, hoặc 14 ngày trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, để đảm bảo đạt cường độ ban đầu Quá trình bảo dưỡng này cần duy trì cho đến khi bê tông đạt cường độ cần thiết, thường là sau 28 ngày.
Bảo dưỡng bê tông là một bước quan trọng cần thực hiện ngay sau khi đổ và hoàn thiện bề mặt, nhằm ngăn chặn hiện tượng mất nước nhanh chóng trong quá trình bê tông đông kết.
Phương pháp bảo dưỡng bê tông bằng cách giữ ẩm liên tục là cách hiệu quả để ngăn ngừa mất nước nhanh chóng Để thực hiện điều này, có thể sử dụng các biện pháp như tưới nước, phủ bao bì giữ ẩm, phun sương hoặc sử dụng bạt che phủ trên bề mặt bê tông.
• Nước dùng để bảo dưỡng phải là nước sạch, không chứa chất gây ăn mòn hay làm giảm chất lượng của bê tông
Đối với các khu vực khó bảo dưỡng bằng nước, việc sử dụng hóa chất bảo dưỡng hoặc màng chống thấm nước phủ lên bề mặt bê tông là giải pháp hiệu quả để giảm thiểu hiện tượng bốc hơi.
• Lớp màng này cần được duy trì cho đến khi bê tông đạt được cường độ yêu cầu để tránh nứt do co ngót hoặc mất nước
Bảo dưỡng bằng hơi nước:
Phương pháp bảo dưỡng bằng hơi nước thường được sử dụng cho các sản phẩm bê tông cốt sợi thép đúc sẵn hoặc trong điều kiện thi công tại nhà máy, giúp tăng cường độ bê tông một cách nhanh chóng.
• Bảo dưỡng hơi nước thường được tiến hành ở nhiệt độ từ 60°C đến 90°C và thời gian kéo dài từ 6 đến 18 giờ, phụ thuộc vào loại bê tông và cốt liệu
4.4.3 Điều kiện nhiệt độ và độ ẩm
Trong quá trình bảo dưỡng bê tông cốt sợi thép, nhiệt độ lý tưởng cần duy trì từ 15°C đến 25°C để đảm bảo hiệu quả Việc kiểm soát nhiệt độ trong khoảng này là rất quan trọng, vì nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng bê tông.
Khi nhiệt độ ngoài trời vượt quá 30°C, việc tăng cường biện pháp giữ ẩm và che chắn bề mặt bê tông là rất cần thiết để ngăn chặn hiện tượng bốc hơi nước nhanh chóng.
Để bảo vệ bê tông khỏi hiện tượng đóng băng khi nhiệt độ xuống dưới 5°C, cần thực hiện các biện pháp bảo vệ hiệu quả Độ ẩm không khí cũng rất quan trọng, nên duy trì ở mức 80-90% trong thời gian bảo dưỡng để ngăn ngừa mất nước và co ngót bê tông Việc sử dụng hệ thống phun sương hoặc tưới nước liên tục trên bề mặt bê tông có thể hỗ trợ duy trì độ ẩm cần thiết.
4.4.4 Bảo dưỡng trong điều kiện khắc nghiệt
Trong điều kiện nắng nóng:
Khi thi công bê tông trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc dưới ánh nắng mạnh, việc bảo vệ bề mặt bê tông là rất quan trọng Cần phủ bạt hoặc phun nước thường xuyên để ngăn ngừa hiện tượng nứt nẻ và giảm cường độ của bê tông.
• Ngoài ra, có thể sử dụng các phương pháp che chắn như lều bảo dưỡng để giữ nhiệt độ và độ ẩm phù hợp cho bê tông
Trong điều kiện lạnh giá:
Trong các khu vực có nhiệt độ thấp hoặc vào mùa đông, việc bảo dưỡng bê tông là rất quan trọng Cần áp dụng các biện pháp như sử dụng nhiệt để bảo dưỡng, thêm các phụ gia chống đóng băng vào hỗn hợp bê tông, hoặc sử dụng gia nhiệt bằng điện để đảm bảo chất lượng và độ bền của bê tông.
Khi nhiệt độ xuống dưới 5°C, cần thực hiện các biện pháp làm ấm hỗn hợp bê tông trước khi đổ và duy trì nhiệt độ của bê tông trong suốt quá trình bảo dưỡng để ngăn ngừa hiện tượng đóng băng.
4.4.5 Kiểm tra quá trình bảo dưỡng
Kiểm tra độ ẩm là yếu tố quan trọng trong quá trình bảo dưỡng bê tông Cần thường xuyên theo dõi độ ẩm của bề mặt để đảm bảo nó luôn được giữ ẩm liên tục, tránh tình trạng khô.
Kiểm tra nhiệt độ bê tông là rất quan trọng, đặc biệt khi sử dụng phương pháp bảo dưỡng nhiệt hoặc trong điều kiện thi công lạnh, nhằm tránh sự giảm nhiệt độ đột ngột Sau khi hoàn tất quá trình bảo dưỡng, cần đánh giá chất lượng bê tông bằng cách kiểm tra cường độ và các tính chất cơ học, thường được thực hiện sau 28 ngày để xác định cường độ chịu nén.
4.4.6 Phương pháp bảo dưỡng bê tông cốt sợi thép đúc sẵn Đối với các sản phẩm bê tông cốt sợi thép đúc sẵn, bảo dưỡng có thể thực hiện ngay tại nhà máy bằng cách bảo dưỡng hơi nước hoặc bảo dưỡng trong khu vực có điều kiện nhiệt độ và độ ẩm kiểm soát
Các sản phẩm đúc sẵn cần được bảo dưỡng đến khi đạt đủ cường độ thiết kế trước khi vận chuyển hoặc lắp đặt.
Yêu cầu về cường độ
Cường độ chịu nén của bê tông cốt sợi thép là tiêu chí quan trọng nhất để đánh giá khả năng chịu lực của loại bê tông này Đây là mức cường độ chịu nén tối đa mà mẫu bê tông có thể đạt được trước khi xảy ra hiện tượng phá hủy.
Cường độ chịu nén của bê tông cốt sợi thép, theo tiêu chuẩn TCVN 10306:2014, thường tương đương với bê tông thông thường Cường độ này được phân loại theo cấp độ bền, ví dụ như C20/25 và C30/37.
• C20/25: Cường độ chịu nén là 20 MPa (mẫu hình trụ) hoặc 25 MPa (mẫu lập phương) sau 28 ngày
• C30/37: Cường độ chịu nén là 30 MPa (mẫu hình trụ) hoặc 37 MPa (mẫu lập phương) sau 28 ngày
Cường độ chịu nén của bê tông được xác định thông qua thí nghiệm mẫu bê tông đúc sẵn có kích thước tiêu chuẩn 150 mm x 150 mm x 150 mm, theo quy định của TCVN 3118:1993.
Cường độ chịu kéo của bê tông cốt sợi thép được cải thiện đáng kể nhờ sự bổ sung sợi thép, giúp tăng cường độ kết dính và ngăn chặn sự phát triển của vết nứt.
Cường độ chịu kéo của bê tông cốt sợi thép cần phải tuân thủ theo TCVN 12393:2018, đảm bảo không thấp hơn cường độ chịu kéo của bê tông thông thường Thông thường, cường độ chịu kéo này chiếm khoảng 10% - 15% so với cường độ chịu nén của bê tông.
Cường độ chịu kéo được xác định thông qua thí nghiệm kéo tách hoặc kéo gián tiếp, thường tuân theo quy trình thí nghiệm TCVN 3119:1993.
Cường độ chịu uốn là chỉ tiêu quan trọng của bê tông cốt sợi thép, giúp cải thiện khả năng chịu uốn đáng kể Sự có mặt của sợi thép trong bê tông rất cần thiết, đặc biệt trong các công trình yêu cầu cao về khả năng chống nứt và chịu lực.
Cường độ chịu uốn của bê tông cốt sợi thép thường dao động từ 4 MPa đến 10 MPa, tùy thuộc vào tỷ lệ sợi thép và cấp phối bê tông Việc sử dụng sợi thép có thể nâng cao khả năng chịu uốn của bê tông lên từ 30% đến 50% so với bê tông thông thường.
Phương pháp thử nghiệm cường độ chịu uốn của bê tông được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 3119:1993 Các mẫu bê tông tiêu chuẩn sẽ được uốn cho đến khi xảy ra hiện tượng phá hủy.
Khả năng chống nứt của bê tông cốt sợi thép được nâng cao nhờ vào sự phân bố đồng đều của sợi thép trong hỗn hợp, điều này không chỉ tăng cường khả năng chịu biến dạng mà còn làm giảm sự hình thành và phát triển của các vết nứt.
Bê tông cốt sợi thép cần đảm bảo khả năng chống nứt hiệu quả, đặc biệt trong các công trình chịu tác động lớn như cầu, đường, và các kết cấu chịu tải trọng động.
Phương pháp thử khả năng chống nứt được thực hiện thông qua thí nghiệm uốn hoặc kéo tách, nhằm đánh giá sự xuất hiện và phát triển của vết nứt trong quá trình chịu lực.
4.5.5 Khả năng chịu va đập
Bê tông có khả năng chịu va đập, cho phép nó chống lại các tác động đột ngột, điều này rất quan trọng trong các công trình giao thông, công nghiệp nặng và sàn chịu lực.
Bê tông cốt sợi thép có khả năng chịu va đập tốt hơn nhờ vào việc sợi thép hấp thụ một phần năng lượng va đập, từ đó giảm thiểu sự phá vỡ tức thì của bê tông Để đánh giá tính năng này, phương pháp thử nghiệm va đập được thực hiện bằng cách tác động một lực va đập đột ngột lên mẫu bê tông và đánh giá mức độ hư hỏng của nó.
4.5.6 Khả năng chống mài mòn
Khả năng chống mài mòn của bề mặt bê tông rất quan trọng, giúp nó chịu đựng được tác động từ xe cộ, máy móc và các yếu tố thời tiết.
Yêu cầu về tính công tác
4.6.1 Độ sụt của bê tông Độ sụt là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính công tác của bê tông Độ sụt thể hiện khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông, tức là khả năng di chuyển và lấp đầy các khuôn đúc, ván khuôn mà không gây ra các vấn đề như phân tầng hoặc tách nước Yêu cầu cụ thể: Độ sụt của bê tông cốt sợi thép thường yêu cầu nằm trong khoảng 6-18 cm tùy theo mục đích sử dụng và yêu cầu thi công Tuy nhiên, độ sụt không được quá lớn, tránh tình trạng bê tông quá loãng, dễ phân tầng hoặc giảm khả năng liên kết của sợi thép
Phương pháp thử: Thí nghiệm độ sụt được thực hiện theo TCVN 3106:1993 bằng cách sử dụng côn Abrams để đo chiều cao sụt của hỗn hợp bê tông
4.6.2 Khả năng phân bố sợi thép đồng đều
Yêu cầu phân bố đồng đều trong hỗn hợp bê tông cốt sợi thép là rất quan trọng để đảm bảo tính chất cơ học của bê tông Việc này phụ thuộc vào quy trình phối trộn chính xác và kiểm soát lượng sợi thép trong hỗn hợp.
Tỷ lệ sợi thép trong bê tông cần được kiểm soát chặt chẽ, thường dao động từ 0,5% đến 2% theo khối lượng bê tông Điều này đảm bảo rằng không xảy ra hiện tượng kết tụ hoặc phân tầng của sợi thép trong hỗn hợp.
Phương pháp kiểm tra bê tông bao gồm kiểm tra trực quan và lấy mẫu để xác định sự phân bố của sợi thép Việc thí nghiệm phân bố sợi thường được tiến hành trong quá trình thi công các lớp mỏng hoặc các cấu kiện đặc biệt.
4.6.3 Khả năng chống phân tầng
Phân tầng là hiện tượng khi cốt liệu nặng như sỏi và cát tách khỏi hỗn hợp xi măng và nước trong quá trình vận chuyển hoặc đổ bê tông, dẫn đến giảm chất lượng và cường độ của bê tông.
Hỗn hợp bê tông cốt sợi thép cần đảm bảo không xảy ra hiện tượng phân tầng, với các thành phần cốt liệu và sợi thép được phân bố đồng đều trong toàn bộ khối bê tông Để đạt được điều này, tỷ lệ nước, xi măng và cốt liệu phải được điều chỉnh hợp lý, nhằm đảm bảo hỗn hợp có độ dẻo phù hợp và không bị tách lớp.
Phương pháp kiểm tra: Kiểm tra tính đồng đều của hỗn hợp sau khi đổ vào khuôn, đảm bảo bề mặt đồng nhất, không có hiện tượng lắng cặn
4.6.4 Khả năng chống tách nước
Tách nước là hiện tượng xảy ra khi nước nổi lên bề mặt hỗn hợp bê tông sau khi đổ, dẫn đến việc giảm chất lượng lớp bê tông bề mặt và làm yếu đi cấu trúc tổng thể của công trình.
Hỗn hợp bê tông cốt sợi thép cần có khả năng chống tách nước hiệu quả Để đạt được điều này, việc kiểm soát tỷ lệ nước trong hỗn hợp là rất quan trọng, nhằm đảm bảo rằng hỗn hợp duy trì độ dẻo và độ kết dính cần thiết mà không xảy ra hiện tượng tách nước.
Phương pháp kiểm tra: Quan sát bề mặt bê tông sau khi đổ, nếu có hiện tượng nước nổi lên bề mặt, hỗn hợp cần được điều chỉnh lại
Thời gian đông kết là khoảng thời gian từ khi trộn hỗn hợp bê tông đến khi nó bắt đầu đông kết và đạt được cường độ ban đầu
Thời gian đông kết của bê tông cốt sợi thép cần được kiểm soát để đảm bảo thi công hiệu quả mà không gây chậm trễ trong quá trình xây dựng Thời gian này thường dao động từ 2-4 giờ, phụ thuộc vào điều kiện môi trường và tỷ lệ các thành phần trong hỗn hợp.
Phương pháp thử: Kiểm tra thời gian đông kết bằng cách theo dõi độ cứng của bê tông sau một khoảng thời gian nhất định kể từ khi trộn
4.6.6 Phụ gia hỗ trợ tính công tác
Để nâng cao tính công tác của bê tông cốt sợi thép, có thể sử dụng các phụ gia giảm nước và phụ gia tăng dẻo Những phụ gia này không chỉ cải thiện tính công tác mà còn đảm bảo không làm giảm cường độ hoặc gây ra hiện tượng phân tầng trong bê tông.
Để đảm bảo chất lượng bê tông, cần sử dụng phụ gia phù hợp theo tiêu chuẩn TCVN 8826:2012 về phụ gia hóa học cho bê tông Lượng phụ gia được áp dụng phải đảm bảo tính công tác của hỗn hợp mà không làm ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cơ lý khác.
4.6.7 Quy trình trộn và đổ bê tông
Quy trình trộn và đổ bê tông ảnh hưởng đáng kể đến tính công tác của hỗn hợp bê tông cốt sợi thép Để đạt được chất lượng tốt nhất, việc trộn bê tông cần tuân thủ đúng kỹ thuật, đảm bảo sợi thép được phân bố đồng đều trong hỗn hợp mà không xảy ra tình trạng kết tụ.
Quá trình trộn bê tông cốt sợi thép cần tuân thủ thời gian trộn hợp lý và sử dụng thiết bị trộn chuyên dụng nhằm đảm bảo độ đồng nhất cao nhất cho hỗn hợp.
ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP
Phạm vi áp dụng
Bê tông cốt sợi thép là một cải tiến của bê tông cốt thép, khắc phục những nhược điểm như khả năng chống nứt, chịu tải trọng đột ngột và va đập kém, cũng như khó khăn trong thi công.
Bê tông cốt sợi thép được phát triển nhằm khắc phục những điểm yếu của bê tông cốt thép trong các công trình xây dựng Mặc dù không hoàn toàn thay thế bê tông cốt thép, bê tông cốt sợi thép có thể được áp dụng trong một số lĩnh vực tương tự, mang lại sự cải tiến về độ bền và khả năng chịu lực.
Bê tông cốt sợi thép được ứng dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng, bao gồm sàn, nhà ở, và các cấu kiện đúc sẵn Ngoài ra, nó còn được sử dụng cho các công trình quen thuộc như tàu, thuyền, cầu cống và đường hầm.
Vào năm 2012, Bộ Xây dựng đã nhấn mạnh sự cần thiết của việc sử dụng vật liệu tiên tiến trong ngành xây dựng, đặc biệt là bê tông cốt sợi thép Loại vật liệu này được áp dụng trong các công trình đặc biệt như kết cấu tầng hầm, bản mỏng và các kết cấu chịu va chạm Đến nay, bê tông cốt sợi thép còn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác như mặt đường hạng nặng, trần khu vực khai thác mỏ, lớp lót chịu lửa, kết cấu chống cháy nổ và tàu thuyền.
Ứng dụng trong đời sống
5.2.1.1 Lockbourne Air Force Base - nhà xe sân bay tại Lockbourne
Vào năm 1970, nhà xe sân bay tại Lockbourne, Ohio, Mỹ được xây dựng bằng các tấm bê tông cốt sợi đúc tại chỗ, với kích thước 10.7x14x0.15m và 1.5x6.7x0.15m Công trình sử dụng sợi thép làm vật liệu cốt lõi cho bê tông.
5.2.1.2 Đường băng của sân bay tại Frankfurt (Đức)
Vào năm 1983, sân bay Frankfurt được xây dựng tại Frankfurt, Đức, với mặt đường băng được phủ bằng bê tông có cốt sợi thép phân tán.
Vào năm 1970, đường Niles tại Michigan, Mỹ, đã được xây dựng với một tuyến đường dẫn vào khu công nghiệp, sử dụng bê tông cốt sợi thép (SFRC) phân tán, có độ dày đạt 100 mm.
Vật liệu bê tông cốt sợi thép (SFRC) đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên toàn cầu nhờ vào khả năng giảm dư chấn hiệu quả SFRC có khả năng chịu đựng lực tác động đột ngột, đặc biệt là trong các tình huống như sự gia tăng đột biến số người trên cầu hoặc khi xảy ra động đất.
Một số dự án nổi bật sử dụng vật liệu bê tông cốt sợi thép (SFRC) bao gồm Cầu Thiên niên kỉ ở Anh, nơi cải thiện độ rung và độ mỏi, và Cầu vịnh Oakland tại San Francisco, nơi SFRC được áp dụng để tăng khả năng chịu dư chấn trong trường hợp động đất Ngoài ra, dự án khu trung tâm thương mại tại Dubai cũng đã sử dụng SFRC nhằm nâng cao tính thân thiện với môi trường và đảm bảo an toàn cho du khách.
Hiện nay, nghiên cứu về bê tông cốt sợi thép (SFRC) ở Việt Nam chủ yếu tập trung vào tính chất cơ học mà chưa chú trọng đến ứng dụng thực tiễn trong xây dựng các cấu kiện đơn giản và phức tạp Mặc dù SFRC là vật liệu có nhiều ưu điểm, nhưng việc triển khai nó vào các công trình vẫn còn hạn chế và chủ yếu chỉ tồn tại trên lý thuyết Tuy nhiên, vẫn có một số ứng dụng thực tiễn và nghiên cứu khoa học liên quan đến việc ứng dụng SFRC trong xây dựng.
5.2.2.1 Nghiên cứu tính toán thiết kế bản mặt cầu bằng bê tông cốt sợi thép - ThS Lương Vĩnh Phú
Nghiên cứu khoa học cho thấy giá thành bê tông cốt sợi thép cao hơn bê tông cốt thép khoảng 200.000 đồng mỗi mét vuông Tuy nhiên, các chỉ tiêu như cường độ kháng kéo, kháng uốn, kháng cắt, cường độ chống va đập, chống mòn, chống mỏi và chống nứt của bê tông cốt sợi thép đều tăng lên đáng kể.
Nghiên cứu cũng đề xuất giải pháp bê tông cốt thép gia cường bằng sợi thép, mang lại chi phí thấp hơn so với bê tông cốt thép truyền thống.
5.2.2.2 Nghiên cứu sử dụng bê tông cốt sợi thép trong xây dựng mặt đường có nhiều xe tải trọng nặng trên địa bàn tỉnh Hà Nam - TS Trần Thị Thu Hà, ThS Nguyễn Huệ Chi
Tình trạng hư hỏng nghiêm trọng trên các tuyến đường tỉnh 495C, 494C đang diễn ra, với hầu hết các tấm bê tông bị gãy và vỡ thành 4-5 miếng nhỏ Hiện tượng phùi bùn và cập kênh tấm cũng xảy ra trên toàn tuyến, gây ảnh hưởng lớn đến an toàn giao thông.
TS Trần Thị Thu Hà và ThS Nguyễn Huệ Chi đã đề xuất sử dụng vật liệu bê tông cốt sợi thép (SFRC) làm vật liệu chính cho kết cấu mặt đường Các thí nghiệm trong nghiên cứu cho thấy việc bổ sung cốt sợi thép gia cường là một lựa chọn hợp lý, có khả năng thay thế cho vật liệu bê tông thông thường.
5.2.2.3 Nghiên cứu tình trạng ăn mòn bê tông cốt thép và giải pháp chống ăn mòn cho công trình bê tông cốt thép trong môi trường biển Việt Nam - TS Đồng Kim Hạnh, Ths Dương Thị Thanh Hiền
Nghiên cứu này khám phá việc sử dụng bê tông cốt sợi thép (SFRC) như một vật liệu thay thế cho bê tông cốt thép thông thường trong sản xuất cấu kiện ở vùng ven biển Kết quả cho thấy SFRC có khả năng sản xuất cấu kiện hiệu quả với độ chống thấm cao hơn, cùng với khả năng chịu kéo, uốn, nén và va đập được cải thiện Ngoài ra, việc sử dụng SFRC còn giúp giảm thiểu quá trình thấm cácbon, từ đó ức chế sự ăn mòn trong bê tông.
5.2.2.4 Nghiên cứu Bê tông trang trí cốt sợi thép phân tán để tu bổ lớp mặt đường công trình di tích - Nguyễn Thanh Bình, TS Trần Bá Việt
Nghiên cứu đã chỉ ra tầm quan trọng của việc sử dụng bê tông cốt sợi thép như một vật liệu chính trong việc tu bổ lớp mặt đường công trường di tích Mặc dù chỉ mới dừng lại ở việc đặt vấn đề, nhưng nghiên cứu đã đề xuất giải pháp sản xuất và quy trình thi công, đồng thời khuyến khích việc áp dụng loại vật liệu này nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
Mặc dù chưa có thông tin xác thực hay bài báo nào đề cập đến vấn đề này, nguyên nhân một phần là do thời điểm trước đây khi báo điện tử chưa phát triển mạnh mẽ, và phần còn lại là do loại vật liệu này chưa được phổ biến tại Việt Nam.
5.2.2.5 Nhà máy sản xuất Lốp Advance Việt Nam (2020) - Công ty TNHH Xây dựng và Thương mại AUBER ˗ Vị trí: KCN Long Giang, Tân
Lập 1, Huyện Tân Phước, Tỉnh
Tiền Giang ˗ Hạng mục: Đường, bãi để vật liệu - thiết bị. ˗ Chiều dày: 200mm, hàm lượng sợi thép: 15 kg/m3.
Đề xuất ứng dụng tại Việt Nam
Bê tông cốt sợi thép (SFRC) đã được ứng dụng rộng rãi trên toàn cầu, với nhiều nghiên cứu học thuật đạt độ chính xác cao và bám sát thực tế Sự quan tâm đến việc ứng dụng SFRC không chỉ nằm ở lý thuyết mà còn được cụ thể hóa qua các phương án thực tiễn trên thế giới.
Tại Việt Nam, công nghệ và tay nghề trong sản xuất thép còn hạn chế, dẫn đến việc không thể sản xuất cốt sợi thép trong nước, buộc phải nhập khẩu từ nước ngoài Điều này ảnh hưởng đến chi phí sản xuất và khả năng sử dụng vật liệu bê tông cốt sợi thép (SFRC) trong các công trình xây dựng, làm giảm khả năng khai thác toàn bộ ưu điểm của loại vật liệu này.
Để thúc đẩy việc sử dụng vật liệu bê tông cốt sợi thép tại Việt Nam, bài viết này đề xuất một số phương án dựa trên những ưu điểm nổi bật của loại bê tông này.
1 Sàn nhà và sàn công nghiệp: Nhờ khả năng chống nứt, chống mài mòn và chịu tải tốt, bê tông cốt sợi thép được sử dụng rộng rãi cho sàn nhà, sàn công nghiệp, đặc biệt là ở những khu vực có giao thông đi lại nhiều
2 Cầu cống: Bê tông cốt sợi thép được sử dụng để thi công các thành phần của cầu như mặt cầu, dầm cầu, tăng cường độ bền và khả năng chịu lực
3 Kết cấu bê tông đúc sẵn: Bê tông cốt sợi thép được sử dụng để sản xuất các sản phẩm bê tông đúc sẵn như cống tròn, ống cống, tấm tường, giảm thiểu các vết nứt và tăng cường độ bền
4 Công trình ven biển: Bê tông cốt sợi thép có khả năng chống ăn mòn tốt, phù hợp với các công trình xây dựng ven biển, chịu tác động của sóng biển và môi trường xói mòn
5 Sân bay: Bê tông cốt sợi thép được sử dụng để thi công đường băng, sân đỗ máy bay, nhờ khả năng chịu tải trọng động lớn và chống mài mòn cao
6 Các công trình dân dụng: Bê tông cốt sợi thép được ứng dụng trong xây dựng nhà ở, biệt thự, tăng cường độ bền cho các cấu kiện như sàn, tường, mái
7 Ngoài ra còn sử dụng làm các sản phẩm rời như bàn ghế bê tông sợi, bồn tắm bê tông sợi, sàn composite, tấm và tấm xi măng mỏng…
Tấm bê tông sợi được sản xuất dưới dạng các cấu kiện panel lắp ghép, có trọng lượng nhẹ hơn so với tấm bê tông đúc sẵn thông thường Nhờ vào những ưu điểm này, ứng dụng bê tông sợi trong sản xuất tấm bê tông nhẹ đúc sẵn ngày càng được phát triển rộng rãi.
Trong sản xuất tấm bê tông nhẹ cốt sợi, việc sử dụng phụ gia tạo bọt giúp tạo ra các lỗ bọt bên trong tấm, giảm trọng lượng tổng thể Những cấu kiện này rất lý tưởng cho xây dựng nhà lắp ghép, đồng thời nâng cao khả năng chống nóng, cách âm và cách nhiệt.
