Cốt sợi thủy tinh và ứng dụng trong kiến trúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC
TP. HỒ CHÍ MINH
K H O A

Thầy

T R Ú C

NGUYỄN

HUY VĂN

&

CÔNG

NGHỆ

THIÊT

KẾ

-

XÂY

DỰNG

MỚI

GVHD:

K I Ế N

NHÓM

SINH

VIÊN

1 2 . 2 0 1 4
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

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
1.6. Lược sử
2. ĐẶC TÍNH CỦA NHỰA GFRP
2.1. Về đặc tính chịu lực
2.2. Về đặc tính cấu trúc
2.3. Về đặc tính lý - hoá
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

C Ố T

S Ợ I

T H U Ỷ

– Zaha Hadid

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

2


1 .

K H Á I

Công nghệ thiết kế - xây dựng mới |

N I Ệ M

C Ô N G

N G H Ệ .

KT10-CT


1 . 1 .

K H Á I

N I Ệ M :

N H Ự A

F R P

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.

Nhựa

Cốt nền
chính:

Gia cố

FRP
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,
Nhựa

sợi bông (Aramid), có thể trong tương lai gần, sợi Nano Carbon cũng sẽ được ứng dụng…

Nhựa Polyeste
Epoxy
Vinylester
Nhựa nhiệt rắn
Nhựa phenol formaldehyde

Sợi thuỷ tinh FRP
Sợi Carbon
Sợi vải
Sợi bông Amian


1 . 2 .

K H Á I

N i Ệ M :

S Ợ I

T H U Ỷ

T I N H

Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét. Khi đó các
sợi này sẽ mất những nhược điểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gãy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn.

Thành phần của thủy tinh dệt có thể chứa thêm những khoáng chất như: silic, nhôm, magiê,... tạo ra các loại sợi thủy tinh khác
nhau.

Dẫn điện tốt

SỢI THUỶ TINH
Cách điện tốt

Sợi thuỷ tinh E

Hàm lượng kiềm cao

Sợi thuỷ tinh D

Độ bền hoá học cao
Loại thủy tinh E là loại phổ biến, các loại khác

Sợi thuỷ tinh A

Độ bền cơ học cao

thường ít (chiếm 1%) được sử dụng trong các ứng dụng
riêng biệt.

Sợi thuỷ tinh C

Độ bền cơ học cao

Sợi thuỷ tinh R


C Á C

L O Ạ I

C Ố T

S Ợ I

T H U Ỷ

T I N H

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.
Sợi MAT

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 Roving
(vải thuỷ tinh)

CỐT SỢI THUỶ

Kevla

TINH

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 Rovinggun

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.


C Á C

L O Ạ I

C Ố T

S Ợ I

T H U Ỷ

T I N H

Sợi MAT

Sợi Roving
(vải thuỷ

CỐT SỢI THUỶ
TINH

tinh)

Sợi Rovinggun

Sợi Rovinggun

MAT

Vải thuỷ tinh

Sợi Kevla

Kevla


1 . 3 .

T H Ạ C H

C A O

G I A

C Ố

Thạch cao

Cốt nền

gia cố sợi

chính:

thủy tinh

Thạch cao

S Ợ I

T H U Ỷ

T I N H

Gia cố: Sợi
thuỷ tinh

Glass Fiber Reinforced Gypsum

Fibre - Reinforced Plastic

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.

Trần thạch cao gia cố sợi thuỷ tinh

Phục chế các chi tiết cổ điển


1 . 4 .

B Ê

Glass Fiber Reinforced Concrete

T Ô N G

C Ố T

S Ợ I

T H U Ỷ

T I N H

Xi măng portland

Fibre - Reinforced Plastic

FRP

GFRC

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.

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".


1 . 5 .

N H Ự A

C Ố T

Nhựa cốt
sợi thủy
tinh

S Ợ I

T H U Ỷ

T I N H

Cốt nền

Gia cố: Sợi

chính: Nhựa

thuỷ tinh

Glass Fiber Reinforced Plastic

Nhựa Polyeste
Epoxy

GFRP

Fibre - Reinforced Plastic

FRP

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.

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


1

1930

1932

1936

1937

1950

.

6

.

L

Ư

Ợ

C

S

Ử

C

Ô

N

G

N

G

H

Ệ

N

H

Ự

A

G

F

R

P

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.

Nhựa cốt sợi thủy tinh (GRP) được hãng Du Pont (Hoa Kỳ) tìm ra và phát triển.

Sản xuất chiếc thuyền đầu tiên bằng nhựa tổng hợp thay cho gỗ, thép

Bắt đầu sản xuất nhựa sợi carbon.
Cuộc chạy đua vào Vũ trụ đẩy nhanh quá trình tìm tòi vật liệu nhựa tổng hợp
mới

1960

Sản xuất nhựa sợi bông (aramid).

1970

Polymer được sản xuất phổ biến
Ngày nay, việc sử dụng nhựa tổng hợp đã trở nên phổ biến trong tất cả ngành. Kiến trúc – Xây dựng đang ứng

Ngày nay

dụng những thành tựu công nghệ này để phát triển vươn đến những hình khối mới.


2 .

Đ Ặ C

Công nghệ thiết kế - xây dựng mới |

T Í N H

C Ủ A

N H Ự A

KT10-CT

G F R P .


Đ Ặ C

T Í N H

C Ủ A

N H Ự A

G F R P

2.1. VỀ ĐẶC TÍNH CHỊU LỰC

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.


Đ Ặ C
N

H

T Í N H
Ự

A

G

C Ủ A
F

R

P

2.2. VỀ ĐẶC TÍNH CẤU TRÚC

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.

GFRP nhìn bằng mắt thường. Ta có thể thấy rõ các sợi
của nó.

Hình ảnh của nhựa cốt sợi thuỷ tinh

Hình ảnh của nhựa cốt sợi thuỷ tinh

Hình ảnh của nhựa cốt sợi thuỷ tinh

Hình ảnh của nhựa cốt sợi thuỷ tinh

phóng to x 50 lần

phóng to x 200 lần

phóng to x 500 lần

phóng to x 1000 lần


2.3. VỀ ĐẶC TÍNH LÝ - HOÁ

Vật Liệu

Polyester resin (Not reinforced)

Trọng lượng riêng (so với nước)

Cường độ chịu kéo MPa (ksi)

Cường độ chịu nén MPa (ksi)

1.28

55 (7.98)

140 (20.3)

1.4

100 (14.5)

150 (21.8)

1.6

250 (36.3)

150 (21.8)

1.7

300 (43.5)

250 (36.3)

1.9

800 (116)

350 (50.8)

E-Glass Epoxy composite

1.99

1,770 (257)

S-Glass Epoxy composite

1.95

2,358 (342)

Polyester and Chopped Strand Mat
Laminate 30% E-glass

Polyester and Woven Rovings Laminate
45% E-glass

Polyester and Satin Weave Cloth Laminate
55% E-glass

Polyester and Continuous Rovings
Laminate 70% E-glass


2.4

TRIỂN VỌNG

T H U Ỷ

T I N H

TRONG TƯƠNG LAI

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

Ư U

Đ i Ể M

C Ủ A

N H Ự A

C Ố T

S Ợ I

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.


N H Ư Ợ C

Đ i Ể M

C Ủ A

N H Ự A

C Ố T

S Ợ I

T H U Ỷ

T I N H

2.4

* Khí độc, chất thải độc sinh ra
từ sản xuất, từ thi công là tuỳ
vào trình độ công nghệ sản
xuất, thi công. Ở các nước có
điều kiện công nghệ cao,
GFRP gần như không sinh ra
chất độc hại.


3 .

Q U Y

T R Ì N H

Công nghệ thiết kế - xây dựng mới |

S Ả N

X U Ấ T

N H Ự A

KT10-CT

G F R P .


3 .

Q U Y

T R Ì N H

S Ả N

X U Ấ T

N H Ự A

G F R P

SẢN XUẤT GRP

SẢN XUẤT VẬT LIỆU

VẬT LIỆU DẠNG SỢI GẮN VỚI NHỰA

DẠNG PHÔI SỢI

TRONG QUÁ TRÌNH ĐÚC

Theo quy

Theo quy

Theo quy trình

Theo phương pháp thủ

trình kéo

trình chuốt

sử dụng dung

công, sử dụng chất đóng

li tâm

cơ học

dịch lỏng

rắn nguội

Sợi ngắn

Sợi dài

Sợi ngắn

Sản phẩm chất lượng

Sản phẩm chất lượng cao,

thấp, ô nhiễm môi trg

tính kinh tế cao

Theo phương pháp sử
dụng chất đóng rắn nóng



QUY TRÌNH CÁN


QUY TRÌNH PHUN

LIÊN KẾT


QUÁ TRÌNH LIÊN KẾT


Sợi thuỷ tinh:
Cấu tạo

- Bao gồm 2 loại: sợi dài (dạng chỉ) và sợi ngắn, có dạng hình trụ tròn
- Nhiệt độ làm việc từ 500 – 700 độ C.

Chế tạo:
Pha khí khuếch tán khỏi
vật liệu

Polime
Chất hữu cơ thích hợp

Nhiệt phân

Các hạt nhỏ mịn
Carbon

Nung nóng
rất lâu

Thể tích giảm 50%
Độ bền cao 70 – 200 Mpa


QUY TRÌNH SẢN XUẤT