Sửa chữa vết nứt bê tông bằng sợi carbon

Tòa nhà văn phòng tổng hợp được hoàn thành vào năm 1997. Trong quá trình kiểm tra chất lượng vào tháng 8 năm 2006, người ta phát hiện ra rằng có những vết nứt xiên rõ ràng ở đầu dầm của một số khung, gây ra nguy cơ mất an toàn tiềm ẩn. Dựa trên kích thước và sự phát triển của các vết nứt, nhà thiết kế đã đề xuất chủ đầu tư sử dụng gia cố sợi carbon cho một số dầm của tòa nhà này để tăng cường khả năng chịu lực cắt của dầm khung.

Các chỉ tiêu hiệu suất của nó là: hướng sợi đơn, khối lượng đơn vị 200g/m², độ dày 0,111mm, cường độ kéo 3550MPa, mô đun đàn hồi 2,35×105MPa. Các chỉ tiêu hiệu suất của keo dán sợi carbon là: cường độ kéo 30MPa, cường độ cắt 10MPa, cường độ liên kết 2,0MPa, nhiệt độ áp dụng 5~35℃ và thời gian sử dụng 20~120 phút. Sơ đồ gia cường dầm được thể hiện trong Hình. Sau khi gia cường sợi carbon, khả năng chịu cắt của dầm tăng 43%~62%.

Ý tưởng hướng dẫn cơ bản về thiết kế gia cố vải sợi carbon

(1) Đối với các cấu kiện có hình thức đẹp, cốt thép ít bị ăn mòn, và lớp bảo vệ bê tông chưa bị nứt, tức là kết cấu bê tông cốt thép bị ăn mòn nhẹ, khi tính toán khả năng chịu lực, cường độ tự thân của cốt thép và bê tông có thể được coi là cường độ liên kết giữa chúng không bị suy giảm. Do đó, đối với các cấu kiện như vậy, nếu sử dụng cốt sợi carbon, chỉ cần gia cố chống ăn mòn dự phòng là có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của cấu kiện trong môi trường bất lợi. Loại cốt thép này là cốt kết cấu, không cần tính toán lượng vải sợi carbon cần thiết.

(2) Đối với kết cấu bê tông cốt thép bị ăn mòn nghiêm trọng, lớp bảo vệ bê tông bị nứt, sự ăn mòn của cốt thép sẽ làm giảm diện tích tiết diện cốt thép, giảm cường độ cốt thép và mất liên kết giữa cốt thép và bê tông. Khi gia cố bằng sợi carbon, cần tính toán số lượng lưới sợi carbon dọc cần thiết theo các mức độ ăn mòn kết cấu khác nhau để cải thiện khả năng chịu uốn. Tính toán số lượng lưới sợi carbon ngang để cải thiện khả năng chịu cắt. Cần lưu ý rằng cốt thép kết cấu là để khôi phục và cải thiện cường độ của toàn bộ kết cấu, chứ không phải để bù đắp lượng thép bị mất.

Liều lượng vải sợi carbon

Theo nguyên lý lực bằng nhau, diện tích vải sợi carbon có thể được chuyển đổi thành diện tích thanh thép tương đương, cụ thể là:

Diện tích mặt cắt ngang của vải CFRP được nhân với ứng suất kéo cho phép của vải CFRP và chia cho cường độ kéo của thanh thép.

Diện tích của vải CFRP được lấy là diện tích thực của nó, tức là độ dày tính toán của vải sợi carbon được nhân với chiều rộng của sợi carbon, sau đó nhân với số lớp vải sợi carbon.

Chiều dài neo

Hiệu suất liên kết giữa vải CFRP và bê tông, bất kể phân bố biến thiên hay phân bố ứng suất, đều có chiều dài neo hiệu quả. Từ biểu đồ khoảng cách giữa ứng suất và vết nứt, có thể thấy rằng, ngoại trừ sự khác biệt về giá trị, hình dạng của đường cong rất giống nhau, cho thấy ứng suất và biến dạng trong vải sợi carbon đang phát triển đều đặn. Đồng thời, ứng suất và biến dạng liên kết chủ yếu thay đổi đáng kể trong phạm vi 50mm tính từ vết nứt, điều này có thể giải thích rằng chiều dài liên kết và neo của vải sợi carbon là khoảng 100mm.

Trong nửa thế kỷ kể từ khi CFRP ra đời, nó đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực vì các tính chất vật lý, cơ học và hóa học mà các vật liệu truyền thống không thể sánh kịp, cùng với sự sẵn có của nguyên liệu thô và giá thành của nó đã dần tiệm cận với các vật liệu truyền thống.