Cốt sợi thủy tinh và ứng dụng trong kiến trúc

Cốt sợi thủy tinh và ứng dụng trong kiến trúc

MỤC LỤC:

1 KHẢI NIỆM CÔNG NGHỆ

1.1 Khái niệm: nhựa FRP

1 2 Khái niệm: Sợi thuỷ tinh

1.3 Thạch cao gia cố sợi thuỷ tinh

1.4 Bê tông gia cố sợi thuỷ tinh - GFRC

1.5 Nhựa gia cố sợi thuỷ tinh – GFRP

2.4 Ưu/ Nhược điểm của nhựa GFRP

3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA GFRP

4 ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA CÔNG NGHỆ TRONG

KIẾN TRÚC – XÂY DỰNG

4.1 Trung tâm nghiên cứu và ứng dụng dầu mỏ

Hoàng gia Abdullah – Zaha Hadid

4.2 Cầu không gian Bridge Pavillion – Zaha Hadid

4.3 Trung tâm văn hóa Heydar Aliyev – Zaha Hadid

4.4 Nhà hát Opera Quảng Châu – Zaha Hadid

2

C Ố T S Ợ I T H U Ỷ T I N H V À Ứ N G D Ụ N G T R O N G K I Ế N T R Ú C

1 K H Á I N I Ệ M C Ô N G N G H Ệ

Công nghệ thiết kế - xây dựng mới | KT10-CT

Nhựa FRP

Nhựa FRP

Cốt nền chính:

Nhựa

Cốt nền chính:

Sợi thuỷ tinh FRP Sợi Carbon Sợi vải Sợi bông Amian

1 1 K H Á I N I Ệ M : N H Ự A F R P

NHỰA CÓ THỂ ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG CÁC CHẤT KHÁC NHAU: sợi thuỷ tinh, sợi carbon (đây là công nghệ mới), sợi giấy, sợi gỗ sợi vải, sợi bông (Aramid), có thể trong tương lai gần, sợi Nano Carbon cũng sẽ được ứng dụng…

Nhựa (FRP): một loại vật liệu tổng hợp (composite) gồm nhựa sắp theo dạng lưới xen kẽ với các sợi Nhựa FRP thường được sử dụng

trong các ngành hàng không vũ trụ, công nghiệp ô tô, đóng tàu, và công nghiệp xây dựng

SỢI THUỶ TINH

Sợi thuỷ tinh ESợi thuỷ tinh DSợi thuỷ tinh ASợi thuỷ tinh CSợi thuỷ tinh RSợi thuỷ tinh S

CỐT SỢI THUỶ TINH

CỐT SỢI THUỶ TINH

Sợi Mat: gồm các lớp sợi liên tục hoặc gián đoạn phân bố hỗn loạn trên

một mặt phẳng các sợi được giữ với nhau nhờ chất liên kết có thể hoà tan

được trong nhựa.

Vải thuỷ tinh: tập hợp những dây thuỷ tinh dài liên tục được đan lại với

nhau nhờ vào kỹ thuật dệt Vải thuỷ tinh thường dùng để gia cố lớp đầu và

cuối của sản phẩm để tăng khả năng chịu lực của sản phẩm.

Sợi Rovinggun: sợi được kéo thành từ dây dài và được đóng thành cuộn

Sợi Povinggun thường được dùng cho súng phun hỗn hợp và nhựa

Polyester hoặc để dùng đan các sản phẩm mỹ nghệ

Sợi Kevla(Giáp): loại đặc biệt không được dệt từ thuỷ tinh mà được dệt từ sợi tổng hợp nó có tác dụng liên kết giống như Roving và có nhiều màu sắc khác

nhau Loại sợi này có tính năng rất đặc biệt khi được gia cường bởi Polyester sẽ trở thành vật liệu có tính năng siêu việt: Chống mài mòn, chịu nhiệt độc cao, không biến dạng, chịu đàn hồi, có độ rắn chắc tốt.

CỐT SỢI THUỶ TINH

CỐT SỢI THUỶ TINH

Sợi MAT

Kevla

Sợi gun

Sợi gun

Roving-Sợi Roving

(vải thuỷ tinh)

Sợi Roving

(vải thuỷ tinh)

C Á C L O Ạ I C Ố T S Ợ I T H U Ỷ T I N H

MAT Sợi Rovinggun

Sợi Kevla Vải thuỷ tinh

Thạch cao gia cố sợi thủy tinh

Thạch cao gia cố sợi thủy tinh

Cốt nền chính:

Thạch cao

Cốt nền chính:

Thạch cao

Gia cố: Sợi thuỷ tinh

Gia cố: Sợi thuỷ tinh

FRP

Thạch cao gia cố sợi thủy tinh (Glass Fiber Reinforced Gypsum), là một loại vật liệu tổng hợp (composite), cơ sở

chất nền là xi măng portland được gia cố bằng các sợi thủy tinh phân bố ngẫu nhiên trong cấu trúc (thay cho thép)

cộng thêm các loại phụ gia khoáng và polymer khác.

1 3 T H Ạ C H C A O G I A C Ố S Ợ I T H U Ỷ T I N H

Glass Fiber Reinforced Concrete Fibre - Reinforced Plastic

Xi măng portland

Bê tông cốt sợi thủy tinh (Glass Fiber Reinforced Concrete – GFRC), là một loại vật liệu tổng hợp (composite), cơ sở

chất nền là thạch cao được gia cố bằng các sợi thủy tinh phân bố ngẫu nhiên trong cấu trúc (thay cho khung thạch cao) cộng thêm các loại phụ gia khoáng và polymer khác.

1 4 B Ê T Ô N G C Ố T S Ợ I T H U Ỷ T I N H

Nhờ có những tính chất ưu việt so với bê tông thông thường như độ bền cơ cao và các sợi thủy tinh không bị gỉ như thép, những sản phẩm bằng GFRC thường được đúc rỗng mỏng, có chiều dày khoảng từ 1/2 " đến 3/4".

Nhựa cốt sợi thủy tinh

Nhựa cốt sợi thủy tinh

Cốt nền chính: Nhựa

Cốt nền chính: Nhựa

Gia cố: Sợi thuỷ tinh

Gia cố: Sợi thuỷ tinh

Epoxy

Fibre - Reinforced Plastic

Nhựa cốt sợi thủy tinh (Glass Fiber Reinforced Plastic – GFRP hoặc gọi tắt là “Nhựa GRP”), là một loại nhựa tổng hợp

(composite), cơ sở chất nền là nhựa Polyeste hoặc Epoxy được gia cố bằng các sợi thủy tinh phân bố ngẫu nhiên

trong cấu trúc của nhựa cộng thêm các loại phụ gia khác.

1 5 N H Ự A C Ố T S Ợ I T H U Ỷ T I N H

GFRP – tấm lợp cho Bảo tàng NT đương đại Buenos Aires

1 6 L Ư Ợ C S Ử C Ô N G N G H Ệ N H Ự A G F R P

1930 Nhựa FRP được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong ngành hàng không.

Phát hiện sợi thủy tinh (Fiber Glass) và đưa vào nghiên cứu

1970 Polymer được sản xuất phổ biến

Cuộc chạy đua vào Vũ trụ đẩy nhanh quá trình tìm tòi vật liệu nhựa tổng hợp mới

Ngày nay

Ngày nay, việc sử dụng nhựa tổng hợp đã trở nên phổ biến trong tất cả ngành Kiến trúc – Xây dựng đang ứng dụng những thành tựu công nghệ này để phát triển vươn đến những hình khối mới.

2 Đ Ặ C T Í N H C Ủ A N H Ự A G F R P

Công nghệ thiết kế - xây dựng mới | KT10-CT

Đ Ặ C T Í N H C Ủ A N H Ự A G F R P

Tuỳ vào từng trường hợp mà khả năng của sợi thủy tinh đem lại lợi thế hay hạn chế cho cấu kiện nhựa Trong thành phần của nhựa sợi thủy tinh GFRP, các sợi được bố trí theo kiểu dệt 2 chiều hoặc 3 chiều, như thế loại trừ được khả năng điểm yếu của cấu kiện nhựa.

2.1 VỀ ĐẶC TÍNH CHỊU LỰC

Sợi thủy tinh là một vật liệu nhẹ, cực kỳ bền, và

cứng Mặc dù thuộc tính vật lí của sợi thủy tinh thấp hơn so

với sợi carbon: nó ít cứng, ít giòn, nhưng các nguyên vật liệu rẻ

hơn

Vật Liệu Trọng lượng riêng (so với nước) Cường độ chịu kéo MPa (ksi) Cường độ chịu nén MPa (ksi)

Polyester and Chopped Strand Mat

2.3 VỀ ĐẶC TÍNH LÝ - HOÁ

Nhờ khả năng linh hoạt

trong điều chỉnh thành phần để

có các đặc tính vật liệu khác nhau,

nhựa GFRP nói riêng và các loại

vật liệu composite sử dụng cốt sợi

thuỷ tinh nói chung có khả năng

phát triển rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực, trong đó mũi nhọn là công nghệ cao.

3 Q U Y T R Ì N H S Ả N X U Ấ T N H Ự A G F R P

Công nghệ thiết kế - xây dựng mới | KT10-CT

SẢN XUẤT GRP

SẢN XUẤT VẬT LIỆU DẠNG PHÔI SỢI

VẬT LIỆU DẠNG SỢI GẮN VỚI NHỰA TRONG QUÁ TRÌNH ĐÚC

Theo quy

trình kéo

li tâm

Theo quy trình chuốt

cơ học

Theo quy trình

sử dụng dung dịch lỏng

Theo phương pháp thủ công, sử dụng chất đóng rắn nguội

Theo phương pháp sử dụng chất đóng rắn nóng

Sản phẩm chất lượng thấp, ô nhiễm môi trg

Sản phẩm chất lượng cao, tính kinh tế cao

3 Q U Y T R Ì N H S Ả N X U Ấ T N H Ự A G F R P

QUY TRÌNH CÁN

QUY TRÌNH PHUN

LIÊN KẾT

QUÁ TRÌNH LIÊN KẾT

Sợi thuỷ tinh:

Thể tích giảm 50%

Độ bền cao 70 – 200 Mpa

Chế tạo:

QUY TRÌNH SẢN XUẤT

Vải thô (thuỷ tinh) Vải lụa (thuỷ tinh)

Các kiểu dệt khác nhau

- Phôi sợi là sợi được sản xuất trước khi đúc với

nhựa phôi sợi thường được sản xuất ở dạng tấm

rời hay tấm liên tục, hoặc sợi dài liên tục dùng

cho máy phun sợi Bốn cách chính để sản xuất

phôi sợi là ứng dụng kỹ thuật của kỹ thuật dệt

may gồm, dệt, đan, bện và khâu

- phôi sợi được sản xuất theo dạng sợi 2 chiều

hoặc 3 chiều

QUY TRÌNH SẢN XUẤT

Sợi liên tục Tấm sợi dệt

Sợi ngắn

Tấm sợi ngắn

QUY TRÌNH LIÊN KẾT PHÔI SỢI VỚI CẤU TRÚC NHỰA

a) Phương pháp thủ công - sử dụng chất đóng rắn nguội:

Làm khuôn

Xử lí bề mặt khuôn (đánh bóng, wax chất chống dinh…)

Đổ lớp bề mặt lên khuôn (loại nhựa độ cứng cao hơn)

Đặt cốt thuỷ tinh - dặm nhựa lỏng

Để khô -

Đóng rắn sản phẩm sau khi quấn

Lấy lõi quấn ra

Hình thành sản phẩm cuối cùng

Kiểm tra chất lượng sản phẩm

MÁY CUỐN SỢI

Quy trình sản xuất theo phương pháp đóng rắn nóng:

1 Chuẩn bị lõi quấn:

Lõi quấn là bộ phận được dùng để quấn lớp sợi đã được tẩm

nhựa lên đó.

Lõi quấn được làm từ vật liệu:

+ Đối với vật có dung tích nhỏ - hình dáng bất kì:

- Lõi cát: Có thể hoà tan với nước khi tháo bỏ.

- Lõi thạch cao: Dễ làm vỡ khi tháo bỏ

+ Đối với vật có dung tích lớn - dạng hình trụ:

Lõi kim loại được sản xuất với chất lượng cao, mạ crom để tăng độ cứng và độ bóng láng giúp dễ dàng tháo lõi.

2 Quấn sợi thuỷ tinh:

- Một lượng gồm nhiều bó sợi hoặc sợi đan kéo từ một

dãy các cuộn sợi, kéo qua máng nhúng nhựa (có xúc

tác và phụ gia)

- Có 2 phương pháp quấn: quấn ướt và quấn khô.

Quy trình sản xuất theo phương pháp đóng rắn nóng:

- Có 2 phương pháp trộn nhựa lên sợi gia cường:

• Dùng nhựa dạng dung dịch

• Dùng nhựa dạng nóng chảy

Nhúng qua nhựa dung dịch

Nhúng qua nhựa nóng chảy

3 Đóng Rắn Sản Phẩm:

Quy trình sản xuất theo phương pháp đóng rắn nóng:

Có 3 phương pháp quấn sợi:

• Polar winding

• Hoop winding

• Helical winding

Phương pháp

Đóng rắn bằng lò Sử dụng lò gas hoặc lò điện Giá thành rẻ

Dùng cho sản phẩm có kích thước lớn Tiêu tốn nhiều năng lượng nhất

Đóng rắn bằng dầu nóng Nhiệt độ dầu thường 150 – 240oC Dễ tháo lõi sau khi đóng rắn Chỉ sử dụng cho loại nhựa đóng rắn

nhanh

Đóng rắn bằng đèn Kết hợp đèn nhiệt,bề mặt phản xạ& sự

quay lõi (t=171oC)

Nguồn định hướng cao làm tăng nhiệt đóng rắn trên toàn bộ sp

Hình thành lớp phía trên mặt nhựa ngăn chặn truyền nhiệt

Đóng rắn bằng nồi hấp chân không Sử dụng cho nhựa epoxy T=371oC –

P=1.4 – 2.1

Sử dụng kĩ thuật cao nên độ chính xác

Đóng rắn bằng lò vi sóng Sử dụng sóng siêu vi để làm nóng

Thuận lợi nhất khi thi công với sợi

thuỷ tinh Đóng rắn nhanh

Quy trình tốn kém

Quy trình sản xuất theo phương pháp đóng rắn nóng:

Đóng Rắn Sản Phẩm: Đây là phương pháp tiên tiến, ít ô nhiễm

QUY TRÌNH SẢN XUẤT BÊ TÔNG CỐT SỢI THỦY TINH

* QUY TRÌNH SẢN XUẤT THẠCH CAO

* QUY TRÌNH SẢN XUẤT THẠCH CAO CỐT SỢI THỦY TINH

Tương tự như nhựa cốt sợi thủy tinh, thạch cao cốt nhựa thủy tinh được làm như sau:

QUY TRÌNH SẢN XUẤT THẠCH CAO CỐT SỢI THỦY TINH

4 Ứ N G D Ụ N G T H Ự C T Ế C Ủ A C Ô N G N G H Ệ

Công nghệ thiết kế - xây dựng mới | KT10-CT

T R O N G K I Ế N T R Ú C – X Â Y D Ự N G

4 ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA CÔNG NGHỆ TRONG KiẾN TRÚC – XÂY DỰNG

TRONG CẢNH QUAN

Thiết kế các chi tiết đặc biệt như tượng hiện đại, các khu vực dành cho trẻ em,… với các hình dạng lạ mắt

TẠI VIỆT NAM

Các loại vật liệu có sử dụng sợi thuỷ tinh cũng được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam Đã có khá nhiều công ty Việt tự sản xuất GFRP, GFRC, hay các loại composite sợi thuỷ tinh khác Tuy nhiên vẫn còn những vấn đề về chất độc hại trong quá trình sản xuất do công nghệ chưa cao

TRONG NỘI THẤT

Y's Store – Tokyo - Yohji Yamamoto Inc

Cửa hàng giầy dép Stuart Weitzman

Zaha Hadid

KING ABDULLAH PETROLEUM

STUDIES & RESEARCH CENTER

Thiết kế: Kiến trúc sư Zaha

Hadid và Patrik Schumacher

Vị trí: Riyadh, Ả Rập Saudi Diện tích: 66.000 mét vuông

4 1 Tru n g t â m n g h i ê n c ứ u v à ứ n g d ụ n g d ầ u m ỏ H o à n g g i a A b d u l l a h

Đây là một trong những dự án mới nhất của Zaha Hadid, tại Riyadh, Saudi Arabia Dự án này có một cách tiếp cận toàn diện thống nhất giữa kiến trúc và kỹ thuật, cảnh quan và thiết kế đáp ứng môi trường Thiết kế không chỉ là một cơ sở nghiên cứu hàng đầu,

mà còn là một tòa nhà được chứng nhận LEED Platinum khi hoàn tất.

Cấu trúc mô đun - lấy cảm hứng trong các tế bào của cơ thể sinh vật - cho phép mở rộng trong tương lai mà không ảnh hưởng đến

thiết kế ban đầu

Các cấu trúc tế bào của tinh thể dạng nổi lên giữa sa mạc ở Riyadh

Dự án được rút ra từ những ý tưởng và đề xuất

một kết nối mạng lưới ba chiều của các tế bào lục giác.

Thiết kế dựa trên ý

tưởng về sự kết nối với

nhiều nút giao và mối nối,

tạo nên một hình học với

mô hình tương tự như

Lưới Hồi giáo truyền thống.

Trung tâm sử dụng một loạt các kỹ thuật xây dựng bền vững và công nghệ tiên tiến _ sử dụng sợi thủy tinh gia cố bê

tông (GFRC) làm vật liệu ốp vỏ bao che.

GFRC là sự lựa chọn hợp lí vì có thể sử dụng cho công trình có khối lượng lớn và mức độ hình học phức tạp.

Vật liệu sợi thủy tinh gia cố bê tông (GFRC) đáp ứng được thiết kế hình khối linh hoạt của công trình, đem lại sự hấp dẫn cho không gian

S o s á n h b ê t ô n g c ố t s ợ i t h u ỷ t i n h v à b ê t ô n g c ố t t h é p

Những lợi ích khi sử dụng bê tông cốt sợi thuỷ tinh cho

Trung tâm nghiên cứu và ứng dụng dầu mỏ Hoàng gia Abdulla.

Zaragoza Bridge Pavilion

Zaragoza Bridge Pavilion là tổ hợp gồm 4 đối tượng chính xoắn quanh, hay "những chiếc kén", vừa đóng vai trò kết cấu cũng như là thành phần bao che không gian

Chức năng:Khu vực triển lãm tương tác hướng tới yếu

tố bền vững của nước, kiêm cầu bộ hành đóng vai trò như một cổng vào cho Triển lãm Zaragoza Expo 2008

Chủ đầu tư: Expoagua Zaragoza 2008 Kiến trúc sư: Zaha Hadid thiết kế với Patrik

Schumacher

Kích thước: Tổng mặt bằng 6415 m2 Mặt bằng Trưng bày 3915 m2 Cầu Bộ hành 2500 m2

4 2 C ầ u k h ô n g g i a n B r i d g e P a v i l l i o n

Chú trọng không gian là một trong những yếu tố chính của dự án này Mỗi khu vực trong phạm vi tòa nhà đều có đặc điểm không gian riêng của nó; sự đa dạng tự nhiên của chúng đến từ các không gian nội thất hoàn chỉnh được nhấn mạnh trong triển lãm, nhằm mở ra các khoảng không có liên kết thị giác mạnh mẽ tới sông Ebro và khu Triển lãm

Công trình sử dụng vật liệu sợi thủy tinh gia cố bê tông cho giải pháp vỏ bao che với 29000 tấm lợp được sản xuất theo 1 hệ modun hình tam giác, có thể uốn cong dễ dàng để bao phủ các chi tiết có đường cong phức tạp

Các tấm kết cấu bao che được thiết kế theo mô hình quang học.

Các bề mặt tấm lợp tạo nên sự tương thích với môi trường và khí hậu xung quanh Một số tấm lợp có thể xoay quanh bản lề cho phép tạm thời mở hay đóng một phần của mặt đứng, vừa

có tác dụng lấy sáng, thông gió vừa làm cho mặt đứng công trình thêm sinh động

Một số hình ảnh Zaragoza Bridge Pavilion

HEYDAR ALIYEV CULTURE CENTER

Được thiết kế bởi kiến trúc sư nổi tiếng thế giới

Zaha Hadid.

Khởi công vào năm 2007

và được hoàn thành mở cửa vào tháng 9/2013

Địa điểm: Azerbaijan

4 3 T r u n g t â m v ă n h ó a H e y d a r A l i y e v

Trung tâm văn hóa Heydar Aliyev là một công trình đầy tự hào của người dân Azerbaijan Tòa nhà có thiết kế mềm mại , được ca ngợi bởi lối kiến trúc độc đáo và có tầm quan trọng trong đời sống văn hóa của người dân Azerbaijan

Trung tâm Aliyev Heydar chủ yếu bao gồm hai hệ thống chính: kết cấu bê tông kết hợp với hệ thống khung không gian

Giải phóng không gian lớn, cho phép khách trải nghiệm những tính lưu động của nội thất, các yếu tố cấu trúc thẳng đứng được ẩn bởi các vỏ bao che và hệ thống tường kính

Hình học bề mặt đặc biệt đòi hỏi các giải pháp cấu trúc độc đáo, chẳng hạn như

‘'cột thuyền " (boot columns) bị làm cong để tạo được các vỏ bao che ngược lại của bề mặt từ mặt đất ở phía Tây của tòa nhà, và giảm dần cánh của dầm đúc hẫng_dùng hỗ trợ cho lớp vỏ bao che về phía Đông của khu đất

Kết cấu khung và dàn thép mới có thể đáp ứng được hình dạng cong tự do như thế này Nhưng cũng vì thể tải trọng của hệ dàn thép là rất lớn, không thể sử dụng các vật liệu bao che có tải trọng nặng như bê tông trên phần đỉnh vỏ bao che.

Một trong những yếu tố quan trọng nhất nhưng đầy thách thức của dự án là phát triển kiến trúc của vỏ tòa nhà

Để đạt được một bề mặt liên tục và đồng nhất, đòi hỏi một loạt những lý luận xây dựng và hệ thống kỹ thuật được quy tụ và tích hợp vào

vỏ của công trình