Bọc CFRP

Hiện nay, nhiều cầu hiện có ở Trung Quốc không đáp ứng được yêu cầu sử dụng vì nhiều lý do khác nhau và cần được gia cố. Việc bảo trì, sửa chữa và gia cố các kết cấu và công trình bê tông đã trở thành một vấn đề cấp bách. Các vật liệu truyền thống thường được sử dụng để gia cố, hiệu quả tương đối thấp, mức độ cơ giới hóa cao, và thường xuất hiện sau khi độ bền kém. Nhựa đặc biệt và vải sợi carbon được phủ lên bề mặt bê tông theo yêu cầu thiết kế, để đạt được hiệu quả gia cố cho kết cấu. Các tính chất cơ học của dầm, cống và các loại dầm khác trước và sau khi gia cố đã được cải thiện đáng kể. Theo nghiên cứu thực nghiệm, tính chất uốn của dầm, bản sàn và cống khi được gia cố bằng một lớp vải sợi carbon đơn hướng có thể được cải thiện từ 5-8%. So với các kỹ thuật gia cố khác như thép liên kết và bê tông phun, kỹ thuật này có đặc điểm là trọng lượng riêng nhỏ, thi công đơn giản, thời gian thi công ngắn và độ bền tốt. Nhờ những ưu điểm về cường độ cao, hiệu quả cao, khả năng chống ăn mòn và trọng lượng riêng nhẹ, CFRP đã được sử dụng rộng rãi để gia cố các kết cấu bê tông cốt thép.

Tổng quan về kỹ thuật

Tuyến đường cao tốc từ Nam Xương đến Cửu Giang (đoạn) là tuyến đường trục chính của tỉnh Giang Tây, với tổng chiều dài 133 km. Việc xây dựng tuyến đường đã trải qua nhiều thay đổi, chẳng hạn như cải tạo đường cao tốc thứ cấp, mở rộng đường cao tốc chuyên dụng cho ô tô, v.v. Sau hơn mười năm vận hành và sử dụng, mặt đường đã xuất hiện hiện tượng hư hỏng muộn nghiêm trọng và đa dạng hơn, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Trước tình hình này, chủ đầu tư đã quyết định tiến hành cải tạo kỹ thuật toàn diện quy mô lớn đường cao tốc Trường Cửu. Nội dung chính của việc cải tạo kỹ thuật này là tăng độ dày lớp kết cấu mặt đường thêm 16-25 cm trên cơ sở gia cố lớp kết cấu mặt đường hiện có. Đồng thời, mái dốc hai bên mặt đường đơn hiện có ở một số đoạn được chuyển đổi thành mái dốc một bên, nhằm giải quyết cơ bản nguy cơ tiềm ẩn về thoát nước ngang của đường cao tốc Trường Cửu. Để đạt được mục đích cải tạo kỹ thuật nêu trên, tất cả các kết cấu cầu và cống dọc theo tuyến đường cần được xử lý và cải tạo theo các yêu cầu nêu trên, đồng thời loại bỏ các vấn đề hiện có của các kết cấu khác nhau.

Tổng cộng có 849 cầu và cống dọc theo đường cao tốc Chang-Jiu, bao gồm 79 cầu chính và 26 cầu nhánh. Phần kết cấu thượng tầng chủ yếu bao gồm các bản rỗng đơn giản được căng trước dài 13m, 16m và 20m. Có một số ít bản rỗng đơn giản bằng bê tông cốt thép thông thường dài 8m và 10m, dầm hộp liên tục và cầu dầm composite hình chữ I. Có 303 cống ống tròn, 441 cống vòm và các lối đi có tấm che, khối xây hộp và vữa. Trong số đó, có gần 200 cống hở và cống có mái che với một lượng nhỏ vật liệu lấp ở phía trên. Qua điều tra, không tìm thấy khuyết tật kết cấu rõ ràng nào trong kết cấu và khả năng chịu lực tổng thể của tất cả các kết cấu vẫn tốt, chỉ ở một số bộ phận cụ thể như mặt cầu liên tục, mặt đường mặt cầu, gối cao su và các vị trí yếu khác xuất hiện nhiều hư hỏng hơn. Do đó, ngoài việc loại bỏ các loại bệnh hiện có, trọng tâm của việc tái thiết này là gia cố và gia cường đường dây chính và cầu vượt, cống, tấm lợp và cống bằng một lượng đất đắp nhỏ, những nơi chịu ảnh hưởng lớn từ việc tái thiết mặt đường, để đạt được mục tiêu đảm bảo an toàn giao thông.

Hiện nay, tình trạng kỹ thuật của việc gia cố, tái thiết và sửa chữa kết cấu nói chung có thể được chia thành phương pháp làm dày bê tông cốt thép, phương pháp thêm thể tích trước, phương pháp gia cố tấm, phương pháp cô lập và phương pháp hấp thụ động đất. Phương pháp gia cố sợi carbon có các đặc điểm là mật độ tương đối thấp, cường độ mỏi cao, độ bền tốt, khả năng chống mài mòn, thi công thuận tiện, chi phí thấp và không bị hạn chế bởi điều kiện thi công về cơ bản không ảnh hưởng đến hình dạng của kết cấu ban đầu. Kết quả thử nghiệm dầm bê tông được gia cố bằng FRP cho thấy độ cứng uốn tăng 17% ~ 99% và cường độ uốn tăng 28% ~ 97% dưới tải trọng sử dụng bình thường. Trong thử nghiệm gia cố cắt, khả năng chịu uốn của các cấu kiện được gia cố được cải thiện đáng kể, khoảng 65% ~ 95%, đáp ứng các yêu cầu địa chấn về uốn mạnh và cắt yếu.

Thực tế đã chứng minh rằng công nghệ gia cố sợi carbon có những đặc điểm sau.

(1) CFRP có trọng lượng nhẹ, không cần thiết bị nặng trong quá trình thi công, rất mỏng và không gian thi công rộng. Về cơ bản, nó không làm tăng trọng lượng kết cấu và kích thước tiết diện, đặc biệt là trong trường hợp không gian gia cố của dự án chật hẹp, nó có thể phát huy ưu điểm này.

(2) Cường độ chịu kéo cao gấp 10 lần thép thông thường. Kết cấu bê tông cốt thép gia cường bằng sợi carbon có cường độ liên kết cao và mô đun đàn hồi cao có thể đạt được hiệu quả gia cường tương tự như thép tấm, đồng thời trọng lượng kết cấu không tăng, hình thức nhẹ và đẹp.

(3) Độ bền tuyệt vời, vì cốt thép chỉ sử dụng sợi carbon và nhựa phù hợp nên sẽ không bị rỉ sét, có đặc tính chống axit, kiềm, muối và ăn mòn trong khí quyển, vải sợi carbon có khả năng chống hóa chất tuyệt vời.

(4) Kết cấu đơn giản (không cần các công trình xây dựng lớn và vật liệu luân chuyển), không cần vận hành ướt, vận hành dễ dàng, tiết kiệm.

(5) tính linh hoạt tốt, dễ cắt, phù hợp với mọi hình dạng, phạm vi ứng dụng rộng rãi và thời gian thi công ngắn.

Do đó, tính ưu việt của CFRP trong việc gia cường kết cấu bê tông là rất rõ ràng. Nó có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong việc gia cường và gia cường cầu đường bộ.