Thi công gia cường kết cấu bằng vật liệu sợi carbon (CFRP-Carbon Fiber Reinforced Polymer)
Mô tả sợi carbon
Để tạo ra sợi carbon, các nguyên tử carbon được liên kết với nhau trong các tinh thể liên kết song song với trục dài của sợi vì sự liên kết tinh thể mang lại tỷ lệ cường độ trên thể tích cao của sợi. Vài ngàn sợi carbon được bó lại với nhau để tạo thành một cuộn, có thể tự sử dụng hoặc dệt thành vải.
Sợi carbon thường được kết hợp với các loại nhựa epoxy khác ( AUR80, TCK 510R) để tạo thành một vật liệu hỗn hợp. Khi được ngâm tẩm với nhựa epoxy nó tạo thành polymer.
Sợi carbon thường được cung cấp dưới dạng sợi kéo liên tục thành một cuộn. Bó là một tập hợp gồm hàng ngàn sợi carbon riêng lẻ liên tục được giữ với nhau và được bảo vệ bởi một lớp phủ hữu cơ. Mỗi dây tóc carbon trong một cuộn là một hình trụ liên tục với đường kính 5-10 micromet và hầu như chỉ bao gồm cacbon.
Gia cường sàn bằng sợi carbon torayca
Ứng dụng sợi carbon trong gia cường kết cấu
- Gia tăng cường độ uốn của những cấu kiện chịu uốn: dầm, cột chịu nén uốn đồng thời, bản sàn.
- Gia tăng cường độ cắt của dầm, cột và tường.
- Gia tăng khả năng chịu nén của cột, cọc, ống.
- Gia tăng độ dẻo cho cấu kiện dưới tác dụng của tải trọng lặp, tải trọng động.
- Không bị ăn mòn và hạn chế quá trình ăn mòn cho cốt thép trong bê tông.
- Tăng cường khả năng chống cháy, chống nổ cho công trình.
- Không phá hoại kết cấu hiện hữu và dễ dàng lắp đặt.
- Giảm thời gian ngừng / Không có thời gian ngừng khai thác công trình.
- Hệ thống rất nhẹ / Cường độ cao ứng với tỷ số khối lượng.
- Có thể hoàn thiện bề mặt bằng nhiều loại vật liệu khác nhau.
- Có thể áp dụng được tại những vị trí yêu cầu độ ẩm cao hoặc dưới nước.
Những đặc tính này đã làm cho sợi carbon rất phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ, kỹ thuật dân dụng, quân sự, thể thao...
Gia cường sợi carbon sàn nhà xưởng
Ưu điểm sợi carbon
Sợi carbon có một số lợi thế bao gồm:
- Độ cứng cao.
- Độ bền kéo cao.
- Trọng lượng thấp.
- Kháng hóa chất cao.
Ưu điểm thi công sợi carbon:
Ngoài tính năng ưu việt là tăng cường khả năng chịu lực cho công trình, hệ thống sợi Carbon FRP còn bảo vệ kết cấu trong môi trường xâm thực, giảm thiểu các tác động do cháy, nổ. Hệ thống sợi Carbon FRP được thi công rất đơn giản và hoàn toàn thủ công.
Nhờ trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt không phá bỏ, khoan cấy vào các kết cấu hiện hữu để liên kết. Hệ thống này có nhiều ưu điểm là không yêu cầu các thiết bị thi công nặng và đặc biệt. Có thể thi công nơi diện tích nhỏ hẹp, không ngừng thời gian khai thác công trình trong giai đoạn sửa chữa.
Hệ thống này là giải pháp ưu việt nhất cho các công trình cần tiến độ thi công nhanh, không ảnh hưởng đến khai thác công trình.
Sự khác nhau giữa sợi cacbon và các vật liệu cacbon khác.
Cả sợi cacbon và than củi đều thuộc nhóm vật liệu cacbon. cả hai có cấu trúc tinh thể của graphite nhưng trật tự sắp xếp và cách sắp xếp thẳng hàng khá khác nhau. Với sợi cacbon, nguyên tử cacbon sắp xếp thẳng hàng và trật tự, tạo thành cấu trúc mặt lưới, các lớp xếp chồng và quấn vào nhau. trong khi than củi, lớp cấu trúc này vô định hình, không trật tự và không quấn lấy nhau nên vật liệu này có độ bền thấp hơn.
Gia cường dầm bê tông bằng sợi carbon
Lựa chọn sợi carbon phù hợp để gia cường kết cấu công trình
Dựa vào các thông số của sợi thủy tinh và sợi carbon, chúng ta dễ dàng nhận ra rằng sợi carbon (Hankuk,Tyfo, Torayca…) với ưu điểm: mạnh, cứng, nhẹ được sử dụng thay thế kim loại và gia cường kết cấu cầu cảng như dầm, bản sàn rất hiệu quả.
Khả năng chống ăn mòn cao trong môi trường ăn mòn (vùng biển, nhà máy sản xuất phân bón, hóa chất…)
Thi công gia cố kết cấu bằng cách sử dụng vật liệu sợi carbon (CFRP-Carbon Fiber Reinforced Polymer)
-
Khảo sát hiện trạng kết cấu :
Cường độ bê tông, lực bám dính, tình trạng bề mặt bê tông cần gia cố tăng cường, tình trạng ăn mòn kết cấu.
-
Nhu cầu về tải trọng sử dụng và tuổi thọ công trình.
Tính toán chuyên dụng trước khi thi công.
-
Xử lý bề mặt trước khi thi công gia cường bằng sợi cacbon
Thi công sửa chữa vết nứt bê tông, bê tông rỗ của kết cấu bê tông bằng cách trám vữa epoxy mài tạo phẳng. Chất lượng thi công phụ thuộc rất lớn vào độ bằng phẳng và độ nhám của bê tông .
- Trước khi thi công dán sợi carbon phải kiểm tra bề mặt, nếu độ nhấp nhô còn cao thì phải dùng keo Epoxy trám trét để giảm độ nhấp nhô.
- Thổi sạch bụi bẩn trước khi thi công lớp keo lót epoxy Toray AUP40.
Lựa chọn vật liệu CFRP phù hợp
Tùy theo nhu cầu sử dụng cần lựa chọn đúng các vật liệu phù hợp trong quá trình thi công sẽ giúp chất lượng công trình đảm bảo tuổi thọ lâu dài.
Gia cường cột
Có 3 loại sợi cacbon đang được sử dụng phổ biến.
Qui trình thi công gồm 3 bước chính như sau
Bước 1 : Lăn lớp keo lót Toray AUP40
Bước 2 : Dán sợi carbon Torayca UT70-20 hoặc sợi carbon Torayca UT70-30
Bước 3 : Lăn 02 lớp keo phủ Toray AUR80
Nhược điểm của vật liệu tổng hợp sợi carbon
Giá cao
Hiện tại, chi phí sản xuất vật liệu composite CFRP quá cao. Theo các điều kiện thị trường hiện tại (cung và cầu), loại sợi carbon (hàng không vũ trụ so với cấp thương mại), kích thước của bó sợi là khác nhau, và giá của sợi cũng khác nhau.
