Công nghệ

Thanh polymer cốt sợi thay thế cốt thép trong kết cấu beton

Vật liệu thanh polyme cốt sợi (GFRP) với tính năng chịu kéo cao hơn thép nhiều lần lại nhẹ và không bị ăn mòn sắp xuất hiện tại Việt Nam để thay thế một phần thép trong  kết cấu beton cốt thép cho ngành xây dựng, Cốt sợi Polyme mang lại nhiều ích lợi to lớn cho công trình xây dựng.

Vật liệu Cốt sợi Polyme có đặc tính bền vững trong môi trường muối, axit và các chất ăn mòn khác, lại có tính năng chịu lực cao hơn thép, dễ tạo hình nên đã du nhập vào Việt Nam khoảng 15 năm nay, song chủ yếu ở dạng tấm mỏng dùng làm các loại bể chứa, vỏ cano tàu xe.

Lịch sử phát triển của thanh Cốt sợi Polyme bắt đầu từ ứng dụng Cốt sợi Polyme cho phần bản mặt của các công trình cầu ô tô ở Bắc Mỹ thay thế cho cốt thép, nhằm hạn chế sự phá hoại cốt thép của thành phần clo xâm nhập vào bê tông khi người ta buộc phải rải muối lên mặt cầu đường để phá tan băng tuyết cho xe lưu thông những năm 1980, đến nay càng ngày càng nhiều ứng dụng của Cốt sợi Polyme được nghiên cứu và phát triển.

Thống kê sơ bộ có trên 30 quốc gia phát triển đã có nhiều nghiên cứu và sử dụng PCS, riêng tại Mỹ có trên  3000 doanh nghiệp với 250.000 lao động đang làm việc trong ngành nghề liên quan đến  Cốt sợi Polyme, đã có nhiều Hiệp hội về sản xuất ứng dụng các dạng sản phẩm của Cốt sợi Polyme được ra đời, trong đó nổi tiếng nhất là ACMA (American composites manufacturers association).

Tình hình sử dụng thép polyme trên thế giới:

-          Thép polyme được phát triển và sử dụng từ năm 1970 tại Mỹ.

-          Năm 1982 dùng làm cầu cho xe cơ giới tại Trung Quốc.

-          Năm 1986 lần đầu được dùng làm cầu cho người đi bộ tại Trung Quốc

-          Sản lượng FRP trên toàn thế giới trước năm 1998: 1,489,000lbs (675tấn)

-          Sản lượng FRP trên toàn thế giới từ năm 1998-2002:4,617,000lbs (2,094tấn)

-          Năm 2011 tại Trung Quốc sản lượng FRP là: 966,000tấn

-          Năm 2012 (đến tháng 9) tại Trung Quốc sản lượng FRP là: 1,180,000tấn

Logo của Tổ chức ACMC Hoa Kỳ

Với sự ra đời của Hiệp hội sản xuất Composite Mỹ thì sự phát triển của  Cốt sợi Polyme tại Bắc Mỹ được đẩy nhanh thêm vì hiệp hội lo thúc đẩy ban hành các tiêu chuẩn thiết kế, tiêu chuẩn thử nghiệm chất lượng sản phẩm, quy phạm thi công chuyên dùng cho Cốt sợi Polyme, lo hối thúc chính quyền ban hành các chính sách để mở đường cho  Cốt sợi Polyme phát triển mạnh mẽ hơn.

 

 Phạm vi ứng dụng

(Theo CTO HOCTPOЙ 2.6.9-2103 «Áp dụng trong xây dựng kết cấu bê tông và kết cấu địa kỹ thuật cốt sợi phi kim loại» Moskva 2014.)

Xây dựng dân dụng và công nghiệp:

-          Kết cấu dầm sàn tầng hầm

-          Kết cấu tường vây, cọc nhồi, cọc bê tông cốt GFRP.

-          Kết cấu móng nông (móng đơn, móng băng, móng bè), móng sâu (cọc và đài cọc)

-          Kết cấu bao che như tường bê tông, lanh tô trong tường gạch.

-          Hệ thống thoát nước thải và các bể xử lý nước thải.

-          Kết cấu bê tông công trình cầu cảng và đê sông biển.

Xây dựng đường:

-          Bản mặt đường trong thành phố.

-          Đặt trong lớp phủ bê tông Asphan

-          Bản mặt đường băng.

-          Rào chắn lắp ghép, phân luồng đi lại.

Xây dựng cầu:

-          Kết cấu nhịp cầu.

-          Kết cấu trụ và mố cầu.

-          Kết cấu bản mặt cầu.

-          Hệ thống vật chắn và thanh chắn cầu.

Phạm vi áp dụng trong kết cấu địa kỹ thuật.

Công trình bảo vệ bờ:

-          Đê biển và đê sông.

-          Kè chữ T.

-          Tường chắn giữ.

-          Rọ đá.

Đắp đất:

-          Gia cố nền.

-          Gia cố lớp bề mặt.

-          Đắp đất có cốt.

Khai thác mỏ:

-          Mái và thành tường hào.

-          Mái dốc.

Gia cố mái dốc:

-          Bảo vệ bề mặt mái dốc.

-          Đinh cốt để neo đất.

Tường chắn:

-          Thành mỏng.

-          Tường chắn mềm.

-          Đất có cốt trọng lực.

Móng:

-          Móng nông.

-          Móng sâu.

Hầm mỏ:

-          Tường chắn giữ.

-          Hầm thi công.

-          Phần rãnh và nền phục vụ khai thác.

-          Các công việc gia cố đất.

Tiêu chuẩn áp dụng

Các tiêu chuẩn nước ngoài sử dụng cho thanh GFRP:

Hệ tiêu chuẩn của ACI 440 ( Americal Concrete Institute)

-          Chỉ dẫn thiết kế & thi công kết cấu bê tông có cốt là thanh FRP (ACI 440.1R-06), tham khảo ACI 440.1R-03.

-          Chỉ dẫn kỹ thuật thi công với thanh cốt FRP (ACI 440.5-08)

-          Chỉ dẫn cho kết cấu bê tông có cốt là các thanh GFRP và CFRP (ACI 440.6-08)

-          Chỉ dẫn các phương pháp thí nghiệm Polyme cốt sợi cho bê tông có cốt  và gia cường kết cấu bê tông và kết cấu xây (ACI  440.3R-12), tham khảo ACI 440.3R-04.

Hệ tiêu chuẩn Nga

-          CTO HOCTPOЙ 2.6.9-2103 «Áp dụng trong xây dựng kết cấu bê tông và kết cấu địa kỹ thuật cốt sợi phi kim loại» Moskva 2014.

-          GOST 31938-2012 “Cốt composite polyme để làm kết cấu bê tông” Moskva 2014

-          “Kết cấu bê tông với cốt composite phi kim loại. Quy trình thiết kế”. Moskva 2013

Tiêu chuẩn Canada (Cannadian Codes)

-          Hiệp hội tiêu chuẩn Canada (CSA) Thiết kế và thi công công trình sử dụng FRP (S806-02)

-          Tiêu chuẩn thiết kế Canada đường cao tốc và cầu (CHBDC): Kết cấu gia cường sợi mục 16.

Tiêu chuẩn Việt Nam đối với thanh GFRP:

-          Để phục vụ cho công tác thi công, nghiệm thu và thiết kế kết cấu bê tông sử dụng thép polyme (GFRP) công ty đã biên soạn TCCS  là “Chỉ dẫn thiết kế và thi công kết cấu bê tông có cốt là thanh polyme cốt sợi”.

-          GS TS Đoàn Định Kiến – chủ biên, Th.S GV Đỗ Đức Thắng (Chủ tịch Hội đồng Quản trị Công ty CP Giải pháp Công nghệ Xây dựng Quốc tế Phương Nam) và nhóm chuyên gia ĐHXD.

-          TCCS này đã được bảo vệ trước hội đồng khoa học kỹ thuật chuyên nghành do Bộ xây dựng thành lập ngày 24/2/2013 theo quyết định 877/QĐ-BXD ngày 17/9/2013.

-          Viện khoa học công nghệ xây dựng – Bộ xây dựng (IBST) đang tiến hành biên dịch TCVN dựa trên tiêu chuẩn NGA theo yêu cầu của Bộ trưởng bộ xây dựng Trịnh Đình Dũng ngày 25/7/2104. Dự kiến ban hành vào cuối năm 2014.

Công ty cổ phần cốt sợi polyme ViệtNam (Vietnam Fiber Reinforced Polymer Products Joint Stock Company) viết tắt là FRP VIETNAM.,JSC là nhà sản xuất và cung cấp thanh polyme cốt sợi duy nhất tại Việt Nam.

Quy trình sản xuất Cốt sợi Polyme 

Đối với Việt Nam, việc sản xuất và ứng dụng  Cốt sợi Polyme  sẽ có nhiều thuận lợi hơn các nước khác. Việt Nam có nguồn cát trắng chất lượng cao, khối lượng rất lớn phân bố rộng ở Quảng Ninh và các tỉnh Miền Trung đây là nguồn vật liệu quan trọng chiếm tỷ lệ trên 70% về khối lượng để sản xuất ra Cốt sợi Polyme . Các nhà máy kính hiện có ở Việt Nam đã sản xuất được thuỷ tinh lỏng từ cát trắng và đá vôi, sô đa, nay hoàn toàn có thể chuyển sang sản xuất sợi thuỷ tinh, để cung cấp cho các nhà máy sản xuất Cốt sợi Polyme. Như vậy việc đầu tư sản xuất từ cát trắng thành sản phẩm Cốt sợi Polyme  ở Việt Nam có nhiều thuận lợi. Công nghệ khá quen thuộc dễ làm chủ và ít tốn kém hơn nhiều so với sản xuất thép bắt đầu từ khai thác quặng ferit luyện ra gang rồi đúc phôi và cán ra thép cán…điều này ngoài tác dụng bảo vệ môi trường còn rất phù hợp với năng lực của nền kinh tế Việt Nam hiện nay. Các nhà máy sản xuất Cốt sợi Polyme  không đòi hỏi kỹ thuật cao, không cần diện tích lớn và không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy luyện cán thép.

Việc đưa Cốt sợi Polyme  vào thay thế thép cho các công trình xây dựng ở ven biển, Hải đảo , ở nơi ngập mặn, nơi đất phèn,… hoặc đưa   Cốt sợi Polyme  vào các bộ phận ngầm dưới lòng đất của công trình nhà cửa, cầu cống là rất bức thiết.

Trên khía cạnh khác về tiêu chuẩn thiết kế và quy trình quy phạm hỗ trợ nghiệm thu sản phẩm và hướng dẫn thi công   Cốt sợi Polyme cho kết cấu be ton cốt thép, điều kiện cần thiết để phát triển một vật liệu xây dựng mới đối với Việt Nam cũng đã sẵn sàng. Tham khảo các Tiêu chuẩn đã được ACI ( Hiệp Hội beton Mỹ ) và các Hiệp hội Cầu đường Canada, Anh, Pháp, Tây Ban Nha, Ý, Trung Quốc xuất bản.

Hình ảnh sản phẩm từ cốt thép FRP

Khi đó chi phí xây dựng công trình có thể giảm đến 7-10% khi ứng dụng   Cốt sợi Polyme thay thế thép, đặc biệt mối lo ngại về nguy cơ ăn mòn cốt thép trong kết cấu beton cốt thép tại các khu vực môi trường có tính xâm thực mạnh, và chi phí duy tu sửa chữa công trình để khắc phục hiện tượng giảm tuổi thọ do ăn mòn cốt thép sẽ giảm gần như không còn nữa.

Về cung ứng sản phẩm

- Công ty Vitec Phương Nam cung cấp các sản phẩm lưới cốt composite. Kích thước tiêu chuẩn của lưới cốt composite là 6×2 m, đường kính cốt composite bất kỳ, khoảng cách giữa 2 thanh cốt composite liền kề là: 100, 150, 200, 250 mm. Ngoài ra Chúng tôi còn cung cấp lưới cốt composite theo yêu cầu của đơn đặt hàng.

- Dễ vận chuyển. Chiều dài của cốt composite có thể thay đổi phụ thuộc vào đơn đặt hàng từ 1-400m, với đường kính nhỏ hơn 12mm cốt composite có thể cuộn lại giúp cho việc vận chuyển có tính hiệu quả và kinh tế hơn.

Thanh polymer cốt sợi thay thế cốt thép trong kết cấu beton

Thanh polymer cốt sợi thay thế cốt thép trong kết cấu beton

Thanh polymer cốt sợi thay thế cốt thép trong kết cấu beton

Thanh polymer cốt sợi thay thế cốt thép trong kết cấu beton

Thanh polymer cốt sợi thay thế cốt thép trong kết cấu beton

Thanh polymer cốt sợi thay thế cốt thép trong kết cấu beton