Kỹ sư ưa chuộng sợi tổng hợp hơn lưới thép trong bê tông

Kiểm soát vết nứt trong các kết cấu bê tông cốt thép từ lâu đã là một trọng tâm quan trọng trong kỹ thuật. Theo truyền thống, lưới thép hàn đã được sử dụng rộng rãi trong các lớp đổ bê tông trên sàn kim loại như một loại cốt thép thứ cấp để giảm thiểu vết nứt. Tuy nhiên, những tiến bộ trong khoa học vật liệu đã định vị các sợi tổng hợp — đặc biệt là sợi tổng hợp macro — như một giải pháp thay thế an toàn hơn, tiết kiệm hơn và hiệu quả hơn. Bài viết này xem xét những ưu điểm của sợi tổng hợp trong các kết cấu bê tông, so sánh chúng với lưới thép truyền thống và đánh giá hiệu suất của chúng về độ an toàn, chi phí và hiệu quả thi công.

Phương pháp thông thường để xây dựng các tấm bê tông trên sàn kim loại liên quan đến dầm thép kết cấu và sàn kim loại làm nền tảng hỗ trợ, sau đó là đổ bê tông. Lưới thép hàn được nhúng vào bê tông để kiểm soát sự co ngót ở giai đoạn đầu và các vết nứt do ứng suất nhiệt. Mặc dù lưới thép cung cấp cốt thép thứ cấp (không kết cấu) để hạn chế sự lan truyền vết nứt và tăng độ bền, nhưng nó có những hạn chế vốn có:

• Nguy cơ về an toàn: Lưới thép gây ra các mối nguy hiểm trong quá trình xử lý, cắt và lắp đặt, với các cạnh sắc làm tăng nguy cơ bị rách và chấn thương do thủng cho người lao động.
• Lắp đặt tốn nhiều công sức: Quá trình đặt và cố định lưới thép để duy trì vị trí trong quá trình đổ bê tông làm tăng thêm sự phức tạp và chi phí thời gian.
• Kiểm soát vết nứt hạn chế: Lưới thép chủ yếu giải quyết các vết nứt trên bề mặt, với hiệu quả tối thiểu đối với các vết nứt sâu hơn. Kích thước lưới cố định và đường kính dây hạn chế hơn nữa hiệu suất tối ưu.
• Dễ bị ăn mòn: Tiếp xúc với độ ẩm làm tăng tốc độ gỉ, ảnh hưởng đến hiệu quả cốt thép và giảm tuổi thọ của kết cấu.

Sợi tổng hợp macro, được chế tạo từ vật liệu polyme, mang lại độ bền, mô đun và khả năng chống ăn mòn cao. Khi được trộn vào bê tông, chúng tăng cường khả năng chống nứt, hiệu suất va đập và độ bền. Những ưu điểm chính so với lưới thép bao gồm:

• Khả năng chống nứt vượt trội: Mạng lưới sợi ba chiều phân tán ứng suất bên trong, ức chế sự hình thành và phát triển của vết nứt. Độ bền kéo và mô đun cao của sợi macro cải thiện khả năng chịu tải, giảm chiều rộng và tần suất vết nứt.
• Độ bền được tăng cường: Không giống như thép, sợi tổng hợp chống ăn mòn, duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc đồng thời giảm độ thấm của bê tông đối với các tác nhân có hại.
• Khả năng chống va đập được cải thiện: Sợi hấp thụ năng lượng động học, ngăn chặn sự lan truyền nhanh chóng của vết nứt dưới tải trọng động — rất quan trọng đối với cầu, đường hầm và các kết cấu giao thông cao.
• Tiết kiệm chi phí và thời gian: Trộn trực tiếp vào bê tông loại bỏ việc lắp đặt lưới thủ công, cắt giảm giờ công lao động và hợp lý hóa hậu cần. Sợi nhẹ cũng làm giảm chi phí vận chuyển.
• An toàn tại nơi làm việc: Sợi mềm, dẻo loại bỏ các nguy cơ chấn thương liên quan đến các cạnh thép sắc nhọn, cải thiện hồ sơ an toàn tại chỗ.

Sợi tổng hợp được công nhận bởi các tổ chức tiêu chuẩn hàng đầu, bao gồm Viện Sàn thép (SDI), Phòng thí nghiệm Underwriters (UL), ASTM International và Viện Bê tông Hoa Kỳ (ACI). Các hướng dẫn của họ xác nhận hiệu suất sợi và giao thức ứng dụng, đảm bảo độ tin cậy kỹ thuật.

Sàn nhà cao tầng và sàn cầu ngày càng sử dụng sợi tổng hợp để thay thế lưới thép. Các dự án được ghi lại chứng minh những cải thiện có thể đo lường được trong việc kiểm soát vết nứt, tuổi thọ và hiệu quả chi phí đồng thời tăng tốc tiến độ thi công.

Sợi tổng hợp đại diện cho một bước tiến mang tính thay đổi trong việc gia cố bê tông, mang lại khả năng chống nứt, độ bền và hiệu quả hoạt động vô song. Khi khoa học vật liệu tiến bộ, việc áp dụng chúng có khả năng sẽ mở rộng, mang lại các giải pháp an toàn hơn, bền vững hơn cho các thách thức xây dựng hiện đại.