Nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme cốt sợi carbon cường độ cao (CFRP) trong việc gia cường cấu kiện BTCT chịu nén

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU POLYME CỐT SỢI
CARBON CƯỜNG ĐỘ CAO (CFRP) TRONG VIỆC GIA CƯỜNG
CẤU KIỆN BTCT CHỊU NÉN

Giảng viên hướng dẫn: TS. Đào Sỹ Đán
Sinh viên thực hiện: Trần Kim Long
Kim Đức Anh
Nguyễn Văn Bằng
Trần Văn Quang
Bùi Đức Dũng
Lớp: Cầu Đường bộ 3

Tóm tắt: Tấm CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) là một loại vật liệu xây
dựng mới, có nhiều ưu điểm nổi bật và nó đặc biệt thích hợp cho việc gia cường kết cấu bê
tông cốt thép. Trong nghiên cứu này, một nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện để xác
định chiều dài mối nối chồng yêu cầu của tấm CFRP và đánh giá cường độ chịu nén của
bê tông khi được kiềm chế nở ngang bằng tấm CFRP. Kết quả đã chỉ ra được chiều dài
mối nối chồng yêu cầu của tấm CFRP và hiệu quả gia cường của tấm CFRP đến cường độ
chịu nén của bê tơng.
Từ khóa: CFRP, mối nối chồng yêu cầu, cường độ chịu nén của bê tông, kiềm chế
nở ngang bằng tấm CFRP.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong hai thập kỷ vừa qua, việc sử dụng vật liệu CFRP để gia cường kết cấu bê tông
cốt thép đã trở nên phổ biến vì những ưu điểm của chúng như cường độ chịu kéo cao, trọng
lượng nhẹ, độ bền cao, phù hợp với mọi hình dạng cấu kiện, thi cơng nhanh chóng, dễ dàng,
khơng ảnh hưởng đến kiến trúc, chống ăn mịn tốt… Nó đã được chứng minh trong nhiều
nghiên cứu trước đây rằng việc sử dụng các tấm vật liệu tổng hợp CFRP giúp tăng cường
khả năng chịu lực và kiềm chế sự nở hông trong cột BTCT.
Tại Việt Nam, CFRP mới được biết đến trong khoảng 10 năm gần đây. Tấm CFRP được

áp dụng đặc biệt trong việc sửa chữa và gia cường các công trình bằng bê tơng, khi mà các giải
pháp truyền thống tỏ ra khơng hiệu quả về tính khả thi và chi phí. Tấm CFRP được sử dụng để
gia cố, tăng khả năng chịu lực của các cấu kiện BTCT như bản sàn, dầm, và cột.
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021

210


TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Từ những ưu điểm nổi trội trên, nhóm chúng tơi chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu
ứng dụng vật liệu polyme cốt sợi carbon cường độ cao (CFRP) trong việc gia cường cấu
kiện BTCT chịu nén”. Nhằm nhận xét, đánh giá khả năng làm việc và lợi ích của tấm sợi
carbon khi gia cường cấu kiện BTCT chịu nén.
2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH
a. Phương pháp
- Phương pháp thực nghiệm
- Phương pháp phân tích lý thuyết và tổng hợp.

Hình 1. Các thiết bị phục vụ thí nghiệm
b. Nội dung nghiên cứu đã thực hiện
- Chế tạo các mẫu CFRP có các mối nối và các mẫu bê tơng hình trụ trong được gia
cường kiềm chế nở ngang bằng các lớp CFRP;
- Tiến hành kéo các mẫu CFRP để tìm ra chiều dài mối nối chồng yêu cầu;
- Tiến hành nén mẫu bê tông để đánh giá khả năng gia cường của tấm CFRP;
- Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm.

Hình 2. Các mẫu bê tơng để thí nghiệm
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021

211


TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

c. Kết quả nghiên cứu

Hình 3. Mối quan hệ giữa cường độ chịu kéo của mẫu và chiều dài
mối mối chồng

Hình 4. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tông và mức
độ kiểm chế nở ngang bằng tấm CFRP
Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021

212


TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
+ Chiều dài mối nối chồng yêu cầu của tấm CFRP là 150 mm;
+ Cường độ chịu nén của mẫu bê tông phụ thuộc vào loại sợi gia cường;
+ Cường độ chịu nén của mẫu bê tông phụ thuộc vào số lớp sợi gia cường;
+ Hiệu quả gia cường phụ thuộc nhiều vào chất lượng của quá trình thi công;
+ Chất lượng keo epoxy dùng để chế tạo mẫu có khả năng dính bám rất tốt với các
vật liệu bê tơng, thép ,kính,…
+ Giải pháp tăng cường , sửa chữa bằng vật liệu CFRP có những ưu điểm rõ ràng so
với những giải pháp truyền thống.
Kiến nghị

+ Cần đưa ra những cơ chế , chính sách cho việc áp dụng vật liệu CFRP vào đời sống;
+ Cần có khảo sát đầy đủ hơn cho tất cả các loại sợi;
+ Số mẫu thí nghiệm phải nhiều hơn để tăng độ tin cậy;
+ Cần nghiên cứu thêm ứng dụng của sợi carbon trong việc gia cường cho cấu kiện
chịu uốn và cấu kiện chịu cắt.
Tài liệu tham khảo
[1]. Giới thiệu về thiệu về công nghệ CFRP (2019), Công ty Cổ phần Công nghệ Tiên tiến
Nhật-Việt (JVTek).
[2]. ACI 440.2R-17 (2017), Guide for the design and construction of externally bonded
FRP systems for strengthening concrete structures, ACI Committee 440;
[3]. ASTM D3039M-08 (2008), Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer
Matrix Composite Materials, ASTM;
[4]. ASTM C39/C39M (2020), Standard test method for compressive strength of
cylindrical concrete specimens, ASTM Committee C09;

Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021

213