CÁC LOẠI NEO ĐƯỢC LẮP ĐẶT TRONG BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP (SFRC)

Qua các thời kỳ, vật liệu xây dựng luôn được gia cường bằng nhiều loại vật liệu khác nhau. Ngày xưa, người ta dùng lông ngựa để tăng độ bền cho vữa, còn rơm được dùng để gia cố gạch đất. Đến đầu thế kỷ 20, sợi amiăng bắt đầu xuất hiện trong bê tông. Những năm 1950 đánh dấu sự phát triển của vật liệu tổng hợp, đưa bê tông cốt sợi thành lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Ngày nay, kỹ thuật hiện đại sử dụng nhiều loại sợi như gốm, nhựa, xi măng, và sản phẩm thạch cao để làm cốt cho bê tông thường, nhằm nâng cao đặc tính tổng hợp của vật liệu. Gần đây, ngành xây dựng đang chứng kiến một xu hướng phát triển mạnh mẽ – sử dụng bê tông cốt sợi thép (SFRC) thay cho bê tông truyền thống trong các ứng dụng kết cấu và phi kết cấu (Hình 1.1).

Hình 1.1: Các loại sợi gia cường cho bê tông (thép, polypropylene trắng, v.v.)

Ngày nay, Hilti mang đến cho bạn nhiều giải pháp neo được phê duyệt để lắp đặt trên bê tông có sợi thép gia cường (SFRC). Bài viết này có ba mục tiêu chính: 1) Nhấn mạnh tầm quan trọng của xu hướng ngày càng phát triển trong việc sử dụng loại bê tông chuyên biệt này 2) Trình bày tổng quan về khung pháp lý hiện hành liên quan đến các ứng dụng neo trong SFRC, và 3) Cung cấp thông tin về các hệ thống Hilti đã được chứng nhận sử dụng cho SFRC: HAS-D với HIT-HY 200-A V3/-R V3, HUS4, HST4 cùng thanh ren, thép cây, HZA(-R), HAS-U, HIT-V, HIS(-R) với HIT-HY 200-A ,-R,-A V3 và -R V3 cho C1, C2 và tải trọng cháy. Ngoài ra, Hilti còn mang đến giải pháp thiết kế neo trong SFRC dựa trên kiến thức hiện đại với phần mềm PROFIS ENGINEERING Suite.

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về mở rộng ứng dụng, Tổ chức Đánh giá Kỹ thuật châu Âu (EOTA) gần đây đã bổ sung bê tông cốt sợi thép cho các cấp độ cường độ bê tông từ C20 đến C50 và đưa vào các EAD liên quan, cụ thể là EAD 330499-02-0601-v01 [1] và EAD 330232-02-0601 [2] dành cho neo hóa chất và neo cơ học tương ứng. Các chương trình này tuân thủ quy trình kiểm tra bê tông thông thường, bao gồm cả các loạt thử nghiệm bổ sung trên SFRC để xác nhận tính tương đương, cùng với quy định theo tiêu chuẩn EN 14889 [3] xác định giới hạn tối đa 80 kg/m3 về hàm lượng sợi thép trong bê tông.

Đối với mục đích thiết kế, các ETA liên quan đều có ghi chú cho phép tuân theo quy định EN 1992-4 [4] đối với các hệ thống liên kết được chứng nhận phù hợp trong SFRC. Lựa chọn thẩm định ở cấp quốc gia, ví dụ như phê duyệt thiết kế chung tại Đức ("Allgemeine Bauartgenehmigung"), vẫn được áp dụng cho những điều kiện chưa được điều chỉnh ở cấp độ châu Âu, chẳng hạn như tải trọng lặp lại do mỏi. Bản cập nhật mới nhất của Bộ tiêu chuẩn Eurocodes, kế thừa từ EN 1992-1-1 [5], sẽ đề cập đến thiết kế bê tông cốt sợi thép trong một phụ lục cung cấp thông tin mới. Các quy định về liên kết trong bê tông hiện chỉ áp dụng cho sợi thép mà không áp dụng cho các loại sợi khác hoặc kết hợp giữa sợi thép với các loại sợi khác.

Bê tông thông thường có cường độ chịu kéo thấp và khả năng biến dạng khi gãy không cao. Khi thêm sợi thép vào hỗn hợp, đặc tính chịu lực phân tán của bê tông được cải thiện rõ rệt. Điều này biến nền bê tông giòn truyền thống thành một vật liệu composite, được gia cường bởi các sợi thép ngắn, không liên tục và phân bố ngẫu nhiên với hình học nhất định. Những ưu điểm nổi bật của bê tông cốt sợi thép (SFRC) bao gồm khả năng chịu tải tốt hơn, kiểm soát độ rộng vết nứt, tăng sức chịu va đập và mài mòn, hạn chế bong tróc bề mặt và cảnh báo sớm trước khi xảy ra hư hỏng. Khi xuất hiện vết nứt, lực bên trong được truyền hiệu quả qua các sợi thép, giúp phân bổ lại ứng suất tối ưu trên toàn tiết diện cấu kiện (xem Hình 3.1 và Hình 3.2). Nhờ những lợi ích này, ngày càng có nhiều ứng dụng của SFRC trong các công trình chịu tải trọng lớn hoặc va đập mạnh, ví dụ như sàn nhà xưởng công nghiệp [6]. Thậm chí, trong một số trường hợp, sợi thép có thể thay thế một phần cốt thép truyền thống, bởi việc gia cố bằng sợi thép cho phép thi công nhanh và hiệu quả hơn, đặc biệt trên các diện tích lớn như sàn công nghiệp.

Hình 3.1: Phân bố ứng suất trong bê tông thường [6] Hình 3.2: Phân bố ứng suất trong bê tông cốt sợi thép [6]

3.1 Sợi thép

Sợi thép thường được phân loại dựa vào hình dáng, tiết diện, độ dài, tỷ lệ hình học và khả năng chịu kéo (xem Hình 3.3). Tỷ lệ hình học được xác định bằng chiều dài sợi chia cho đường kính tương đương của sợi, và yếu tố này ảnh hưởng đến lượng sợi tối đa có thể thêm vào mỗi mét khối bê tông. Trong bê tông có lượng cốt liệu lớn thông thường, việc vượt quá tỷ lệ liều lượng sợi thép 1% (khoảng 80 kg/m3) là rất hiếm vì sự cản trở và ảnh hưởng đến tính thi công giữa sợi và cốt liệu lớn. Thông thường, sợi thép chiếm từ 0,3% đến 0,6% tổng thể tích bê tông (tương đương 25 đến 45 kg/m3), với những liều lượng cao hơn được áp dụng cho bê tông chuyên dụng có ít cốt liệu lớn. EN 14889-1 [3] phân loại sợi thép thành năm nhóm: • Nhóm I: Dây thép kéo nguội (được dùng phổ biến nhất) • Nhóm II: Tấm thép cắt • Nhóm III: Chiết xuất từ kim loại nóng chảy • Nhóm IV: Dây thép kéo nguội được bào • Nhóm V: Gia công từ khối thép

Hình 3.3: Ví dụ về sợi thép

Trong xây dựng hiện đại, bê tông cốt sợi thép (SFRC) được sử dụng rộng rãi cho sàn công nghiệp (xem Hình 4.1). Loại vật liệu này đặc biệt phù hợp cho các khu vực mà mặt sàn bê tông phải chịu tải trọng cơ học lớn, như kho chứa hàng cao tầng, xưởng sản xuất hoặc trung tâm logistics. Ngoài ra, bê tông cốt sợi thép còn được ứng dụng trong xây dựng dân dụng, ví dụ như hầm (Hình 4.2). Việc sử dụng sợi thép trong nhà máy đúc sẵn giúp tối ưu hóa đáng kể độ dày của các cấu kiện bê tông, mang lại hiệu quả tiết kiệm chi phí cao. Mặc dù sợi thép thường được dùng cho các công trình hầm, đôi khi người ta còn bổ sung thêm một lượng nhỏ sợi polymer để giảm hiện tượng bong tróc bê tông khi xảy ra hỏa hoạn.

Hình 4.1: Sàn công nghiệp Hình 4.2: Công trình dân dụng (đúc sẵn)

Các neo lắp đặt sau khi thi công được kiểm định để sử dụng trong SFRC đã có ETA hợp lệ, kèm theo điều khoản phê duyệt. Bảng 5.1 trình bày các giải pháp neo Hilti cùng dải đường kính, các giấy chứng nhận liên quan và điều kiện tải trọng cho việc sử dụng trong SFRC. Bảng 5.1: Các loại neo Hilti dùng cho SFRC

Hình 5.1: Mẫu chứng nhận SFRC từ ETA-21/0878