Bê tông sợi polypropylene tăng cường độ bền cho công trình

Bê tông, nền tảng của xây dựng hiện đại, quyết định trực tiếp đến sự an toàn và tuổi thọ của các công trình. Tuy nhiên, bê tông truyền thống phải đối mặt với những hạn chế về khả năng chống nứt và chịu va đập. Việc nâng cao những tính chất này từ lâu đã là ưu tiên trong nghiên cứu vật liệu xây dựng. Bê tông cốt sợi polypropylene (PFRC) nổi lên như một vật liệu composite sáng tạo, giải quyết những thách thức này.

Hãy tưởng tượng một trận động đất hoặc hỏa hoạn đang kiểm tra giới hạn của một công trình bê tông. Nứt vỡ — một mối đe dọa tiềm ẩn trong các tòa nhà — có thể làm tổn hại đến tính toàn vẹn. Sợi polypropylene hoạt động như những người bảo vệ siêu nhỏ, ngăn chặn hiệu quả sự hình thành và lan truyền vết nứt để tăng cường an toàn cấu trúc.

Là một vật liệu giòn với độ bền kéo thấp, bê tông dễ bị nứt. Những vết nứt này không chỉ làm giảm tính thẩm mỹ mà còn đẩy nhanh quá trình xuống cấp bằng cách cho phép độ ẩm và các tác nhân ăn mòn xâm nhập, làm giảm tuổi thọ của tòa nhà. Cải thiện khả năng chống nứt vẫn là một thách thức quan trọng.

Sợi polypropylene — nhẹ, có độ bền cao, chống ăn mòn và tiết kiệm chi phí — biến đổi bê tông khi được thêm vào. Chúng kết nối các vết nứt siêu nhỏ, ngăn chặn sự giãn nở đồng thời cải thiện khả năng chống va đập và tính không thấm nước. Các sợi cũng tăng cường độ dẻo dai, giảm thiểu sự phá hủy giòn trong các sự kiện địa chấn.

Không phải tất cả các sợi polypropylene đều giống nhau. Có hai loại chính:

• Sợi đơn sợi: Được sản xuất thông qua quá trình đùn, những sợi hình trụ này có độ bền kéo cao. Chúng chủ yếu gia cố khả năng chịu kéo và uốn của bê tông.
• Sợi dạng sợi (lưới): Được sản xuất bằng cách tách màng nhựa thành các sợi dạng lưới, chúng vượt trội trong việc ngăn ngừa nứt, đặc biệt là chống lại sự co ngót do nhựa và các vết nứt do khô.

Các đặc tính của sợi ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất. Chiều dài, đường kính, liều lượng và sự phân tán đều ảnh hưởng đến kết quả. Sợi dài hơn kết nối các vết nứt tốt hơn nhưng có thể vón cục nếu quá nhiều. Việc lựa chọn và phân chia tỷ lệ tối ưu là điều cần thiết.

Nghiên cứu chứng minh các đặc tính cơ học vượt trội của PFRC:

• Cường độ nén: Việc bổ sung sợi vừa phải (0,5%-1%) cải thiện nhẹ khả năng chống nén bằng cách hạn chế biến dạng ngang.
• Cường độ kéo: Tăng lên đến 20% ở hàm lượng sợi 1% khi sợi ngăn chặn sự lan truyền vết nứt.
• Cường độ uốn: Tăng lên đến 25% khi sợi phân phối lại ứng suất uốn.
• Khả năng chống va đập: Sợi hấp thụ năng lượng động học, giảm hư hỏng.
• Kiểm soát vết nứt: Giảm thiểu hiệu quả các vết nứt do co ngót do nhựa và khô.

Các nghiên cứu có kiểm soát sử dụng bê tông cấp M30 với hàm lượng sợi 0%-2% cho thấy:

• Khả năng làm việc: Độ sụt giảm khi hàm lượng sợi cao hơn do độ nhớt tăng.
• Liều lượng tối ưu: 1% sợi tối đa hóa sự cải thiện về độ bền kéo/uốn mà không ảnh hưởng đến khả năng làm việc.
• Ảnh hưởng của việc dùng quá liều: Vượt quá 1,5%, sự kết tụ sợi làm giảm cường độ nén.

Những ưu điểm của PFRC cho phép các ứng dụng đa dạng:

• Giao thông vận tải: Mặt đường chống nứt với tuổi thọ sử dụng kéo dài.
• Cầu: Tăng cường khả năng chịu tải và hiệu suất địa chấn.
• Đường hầm: Cải thiện độ kín của lớp lót chống thấm nước.
• Kết cấu thủy lực: Khả năng chống xói mòn và đóng băng-tan vượt trội.
• Cơ sở công nghiệp: Tăng khả năng chống mài mòn và hóa chất.

PFRC đại diện cho một bước tiến quan trọng trong vật liệu xây dựng. Bằng cách giảm thiểu những điểm yếu cố hữu của bê tông, nó hứa hẹn cơ sở hạ tầng an toàn hơn, bền hơn. Nghiên cứu trong tương lai nên khám phá:

• Phát triển sợi hiệu suất cao
• Kết hợp sợi lai (ví dụ: với sợi thép/carbon)
• Độ bền lâu dài dưới các tác nhân gây căng thẳng môi trường
• Kỹ thuật xây dựng tối ưu hóa

Khi kỹ thuật phát triển, PFRC có khả năng đóng một vai trò ngày càng mở rộng trong xây dựng bền vững trên toàn thế giới.