Sửa chữa công trình bê tông cốt thép bằng phương pháp... dán!

Vật liệu FRP là gì?

FRP là một dạng vật liệu composit được chế tạo từ các vật liệu sợi, trong đó có ba loại sợi thường được sử dụng là sợi carbon CFRP, sợi thủy tinh GFRP và sợi aramid AFRP. Đặc tính của các loại sợi này là có cường độ chịu kéo rất cao, mô đun đàn hồi rất lớn, trọng lượng nhỏ, khả năng chống mài mòn cao, cách điện, chịu nhiệt tốt, bền theo thời gian… Các dạng FRP dùng trong xây dựng thường là: dạng tấm, thanh, cáp, vải, dạng cuộn... Trong sửa chữa và gia cố công trình xây dựng thường dùng các loại FRP dạng tấm và dạng vải.

Với các tính chất kể trên, vải FRP thường được dùng để sửa chữa sự giảm khả năng chịu lực hoặc hư hỏng của các phần tử kết cấu bằng cách dán hoặc bọc bên ngoài cấu kiện.

Chúng ta có thể sử dụng vật liệu FRP trong những trường hợp sau đây:

- Tăng khả năng chịu cắt và chịu uốn của dầm bê tông cốt thép để sửa chữa, gia cố và tăng cường khả năng chịu tải động.

- Tăng cường khả năng chịu uốn của sàn bê tông cốt thép tại vùng có mô men dương và mô men âm.

- Tăng khả năng chịu uốn và bó cột bê tông cốt thép để tăng cường khả năng chịu lực,chịu tải động.

Trong kết cấu bê tông cốt thép, đối với tường bê tông nhẹ và tường không có cốt thép như các khối xây gạch, vật liệu FRP cũng chứng minh lợi ích bằng cách tăng khả năng chịu cắt và chịu uốn. Ngoài ra, đối với kết cấu tường vật liệu FRF còn có khả năng chống cháy, nổ rất tốt. Các kết cấu sử dụng PRP để tăng cường khả năng chịu lực hoặc sửa chữa hư hỏng cũng rất đa dạng như: tường cứng bê tông cốt thép, dầm, cột, sàn bị khoét lỗ, khối xây, tấm sàn, bề mặt sàn và các dạng công trình khác như dầm sàn cầu, ống khói, đường hầm…

Các phương pháp thi công

Mục đích của công tác thi công sửa chữa gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm FRP là đặt tấm FRP vào vị trí cần tăng cường khả năng chịu lực với hướng sợi phù hợp với phương chịu lực, để tận dụng được khả năng chịu kéo và độ bền của sợi FRP, đồng thời phải đảm bảo cho tấm FRP không bị tách lớp, cũng như tách khỏi bề mặt bê tông. Thông thường việc thi công dán tấm FRP gồm các bước: chuẩn bị sửa chữa bề mặt, sơn lót tăng cường độ bám dính, trét phẳng bề mặt, phủ keo hoặc nhựa dán, đặt tấm dán lên lớp keo, chờ lớp keo khô với thời gian quy định rồi dán các lớp tiếp theo, cuối cùng đợi cấu kiện khô hoàn toàn thì sơn phủ bảo vệ và thẩm mỹ. Hiện nay phổ biến nhất là hai phương pháp thi công đối với loại vật liệu tấm (sheet) và vải (fabric) FRP: dán theo phương pháp khô và dán theo phương pháp ướt.

Thi công dán theo phương pháp khô: Bước 1 là chuẩn bị bề mặt bê tông, trước khi gia cố lắp đặt tấm FRP thì bề mặt bê tông phải được xử lý kỹ. Sự nguyên vẹn của hệ thống phụ thuộc vào chất lượng và khả năng chịu lực của bê tông đủ để cho liên kết dán của tấm FRP và bê tông được đảm bảo. Các vết nứt, các mảnh vụn sứt mẻ và cốt thép bị gỉ cần phải được chú ý. Các sứt mẻ và các loại hư hỏng khác cần phải được loại bỏ và được vá lại với các loại vữa sửa chữa phù hợp. Tất cả các vết nứt có bề rộng lớn hơn 0,25 mm cần phải bơm epoxy để sửa chữa. Bước 2 là sơn lót kết cấu cần gia cố, bằng cách dùng cọ lăn ngắn hoặc trung bình. Bước 3: phủ bột trét làm phẳng bề mặt, bột trét được trét bằng các bay cầm tay. Bột trét được sử dụng để làm phẳng bề mặt và lấp các khuyết tật; việc bao phủ hoàn toàn không cần thiết. Bột trét có thể trét lên bề mặt sơn lót còn ướt không cần đợi sơn khô. Bước 4: phủ lớp keo thứ nhất, keo được quét lên bề mặt đã được sơn lót và làm phẳng bằng cọ lăn. Lượng keo sử dụng phụ thuộc vào từng loại FRP được sử dụng. Bước 5: dán tấm FRP, tấm FRP cần được đo và cắt sẵn trước khi đặt lên bề mặt cần gia cố. Tấm FRP được đặt lên bề mặt bê tông và ấn nhẹ nhàng vào lớp keo dán. Trước khi lột lớp giấy dán mặt sau, dùng con lăn bằng cao su lăn theo hướng sợi cho keo dễ dàng ngậm vào các sợi riêng rẽ. Cọ lăn không bao giờ được lăn theo hướng vuông góc với hướng sợi để tránh sợi có thể bị hỏng. Bước 6 là phủ lớp keo thứ hai, có thể được phủ lên sau 30 phút kể từ khi đặt và lăn tấm FRP. Đến lúc này lớp keo đầu tiên đã rút hết vào tấm FRP.

Thi công dán tấm FRP theo kiểu ướt: về trình tự rất giống với phương pháp khô, chỉ có khác biệt trong bước thoa keo nhúng nhựa tấm FRP. Ta chỉ sử dụng tấm vải FRP dạng khô chưa tẩm nhựa. Tấm FRP khô sẽ được tẩm đẫm nhựa đến khi bão hòa và được dán lên bề mặt bê tông đã được xử lý kỹ.

Ưu điểm của phương pháp dán ­ướt là có thể sử dụng cho cấu kiện có kích thước lớn (cột đường kính lớn, mặt đáy sàn, dán bọc ba mặt dầm), liên kết giữa lớp FRP với bề mặt bê tông cũng như liên kết giữa các tấm FRP được đảm bảo hơn, sẽ ít có trường hợp bị phá hoại liên kết. Tuy nhiên, khi dùng phương pháp dán ướt sẽ sử dụng một lượng keo dán rất lớn nên thời gian đợi cho tấm FRP khô keo sẽ lâu, làm cho thời gian thi công kéo dài hơn.

NGÔ QUANG TƯỜNG

(Đại học bách khoa TP.HCM)