Bê tông cốt sợi là gì? Nên dùng bê tông cốt sợi trong công trình nào?

Bê tông cốt sợi là gì?

Bê tông cốt sợi (FRC) là vật liệu xây dựng tổng hợp bao gồm vật liệu dạng sợi làm tăng tính toàn vẹn cho cấu trúc của bê tông. Bê tông cốt sợi bao gồm hỗn hợp xi măng, vữa hoặc bê tông và các loại sợi được định hướng ngẫu nhiên, không liên tục. Sợi thường được sử dụng trong bê tông để kiểm soát vết nứt do co ngót nhựa bê tông và co ngót khô. Sợi có thể tròn hoặc phẳng và chiếm 1% đến 3% tổng thể tích của hỗn hợp bê tông cốt sợi. Các loại sợi thường được sử dụng trong bê tông cốt sợi có thể là: sợi thép, sợi thủy tinh, sợi tổng hợp, sợi tự nhiên.

Ưu nhược điểm của bê tông cốt sợi

Không có một loại vật liệu xây dựng nào là thực sự hoàn hảo, bê tông cốt sợi cũng vậy. Dưới đây là ưu và nhược điểm của bê tông cốt sợi.

Ưu điểm bê tông cốt sợi

Bê tông cốt sợi có khả năng đàn hồi cao, giúp hạn chế nứt vỡ không mong muốn hoặc giảm nứt vỡ kết cấu khi không thể đặt cốt thép vào bê tông.

Bê tông cốt sợi giúp cải thiện cường độ chống va đập của bê tông, hạn chế sự phát triển của vết nứt và dẫn đến khả năng biến dạng lớn của vật liệu.

Đối với các công trình công nghiệp, sợi tổng hợp vĩ mô được sử dụng để gia cố nhằm cải thiện độ bền của bê tông. Do được làm từ vật liệu tổng hợp, những sợi này có kích thước dài và dày, có thể được sử dụng để thay thế vật liệu khác.

Thêm sợi vào bê tông sẽ giúp cải thiện khả năng chống mài mòn và giúp bê tông giữ được độ bền trong thời gian dài.

Thêm sợi vào bê tông giúp cải thiện sự kết dính trong hỗn hợp, cải thiện khả năng nén trong thời gian dài.

Tăng khả năng chống co ngót nhựa trong quá trình đóng rắn.

Giảm thiểu yêu cầu về sử dụng cốt thép trong bê tông.

Kiểm soát chặt chẽ độ rộng của vết nứt, do đó cải thiện độ bền của bê tông cốt sợi.

Bê tông cốt sợi có độ dẻo dai gấp khoảng 10 đến 40 lần so với bê tông thường

Việc bổ sung các loại sợi giúp làm tăng sức bền của kết cấu bê tông, bê tông cốt sợi có khả năng chịu được lực của dầm bê tông cốt thép.

Nhược điểm bê tông cốt sợi

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, bê tông cốt sợi cũng có những nhược điểm đáng lo ngại.

- Khi đổ bê tông sợi, sự phân bố và phân tán của các sợi không đồng đều dẫn đến chất lượng bê tông không nhất quán. Để khắc phục vấn đề này, sử dụng bê tông cốt sợi đòi hỏi cấu hình chính xác hơn bê tông thường.

- Tải trọng của bê tông cốt sợi thường nặng hơn nhiều lần so với bê tông thường nên việc vận chuyển trên công trường cũng là một vấn đề nan giải.

Vì những hạn chế này nên khi sử dụng bê tông cốt sợi cần lưu ý và có biện pháp xử lý sao cho hợp lý nhất.

Các loại bê tông cốt sợi

Bê tông cốt sợi được chia thành nhiều loại để phù hợp với nhiều loại công trình khác nhau nhằm đạt được hiệu quả sử dụng. Khi lựa chọn vật liệu mới, bạn nên tìm hiểu kỹ hoặc nhờ sự tư vấn của các kỹ sư có nhiều năm kinh nghiệm. 

Bê tông cốt sợi thủy tinh

Bê tông cốt sợi thủy tinh là vật liệu bao gồm nhiều 4% đến 4,5% sợi thủy tinh cực mịn. Sợi thủy tinh có các đặc tính cơ học gần như tương đương với các loại sợi khác như polyme và sợi carbon. Mặc dù không cứng bằng sợi carbon và giá rẻ hơn nhiều nhưng sợi thủy tinh ít giòn hơn đáng kể khi được sử dụng trong vật liệu tổng hợp.

Vì vậy, sợi thủy tinh được sử dụng như một chất tăng cường cho nhiều sản phẩm polyme để tạo thành một vật liệu tổng hợp polyme được gia cố bằng sợi quang (FRP) rất bền và tương đối nhẹ được gọi là nhựa gia cường thủy tinh (GRP), còn được gọi phổ biến là “sợi thủy tinh”. Vật liệu này chứa ít hoặc không chứa không khí hoặc khí, đặc hơn và là chất cách nhiệt kém hơn nhiều so với bông thủy tinh. 

Bê tông sợi thủy tinh có hình thái gần như là trong suốt nên có thể được sử dụng cho mục đích trang trí và mục đích cách nhiệt. Bê tông cốt sợi thủy tinh có thể chịu trọng lượng không quá nặng hoặc tải trọng chết của kết cấu. Do đó chúng không thể được sử dụng cho mục đích chịu tải. Chúng dễ vỡ khi chịu tải trọng và không được khuyến khích sử dụng cho cột và dầm công trình.

Bê tông cốt sợi polypropylene (PFR)

Bê tông cốt sợi polypropylene sử dụng polyme polypropylene giá rẻ và sẵn có. Polypropylene là một loại sợi tổng hợp, được biến đổi từ propylene và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Những sợi này thường được sử dụng trong bê tông để kiểm soát vết nứt do co ngót nhựa và co ngót khô. Khi cho sợi  polypropylene vào, chúng giúp làm giảm tính thấm của bê tông và do đó làm giảm sự rò rỉ của nước.

Sợi polypropylene thuộc nhóm polyolefin và là một phần kết tinh không phân cực, nó có các đặc tính tương tự như polyethylene, nhưng cứng hơn và chịu nhiệt tốt hơn. Nó là một vật liệu chắc chắn màu trắng với khả năng chống hóa chất cao. Polypropylene được sản xuất từ ​​khí propylene với sự có mặt của chất xúc tác như titan clorua. Sợi polypropylene có đặc tính cách nhiệt tốt và có khả năng chống chịu cao với axit, kiềm và dung môi hữu cơ.

Bê tông cốt sợi thép

Sợi thép là một vật liệu nhằm gia cố kim loại. Một lượng sợi thép nhất định trong bê tông có thể gây ra những thay đổi về chất trong tính chất vật lý của bê tông. Nó có thể làm tăng đáng kể khả năng chống nứt, chống va đập, chống xói mòn, chống uốn cong và có độ bền cao. Để cải thiện tính chất lâu dài, tăng cường sức chịu lực, độ dẻo dai và khả năng chống ứng suất, bê tông cốt sợi thép đã và đang được sử dụng trong các công trình như sàn, nhà ở, đúc sẵn khối, cầu, đường hầm, mặt đường hạng nặng và trần khu vực khai thác mỏ. 

Bê tông cốt sợi polyester

Sợi polyester trong bê tông sự kết hợp này tạo ra bê tông cốt sợi polyester được sử dụng cho sàn công nghiệp, nhà kho, vỉa hè, làm lớp phủ và các sản phẩm đúc sẵn. Sợi vi mô và sợi vĩ mô polyester được sử dụng trong bê tông để cung cấp khả năng chống lại sự hình thành các vết nứt do co ngót của nhựa cao hơn so với vải sợi hàn nhằm để tăng cường độ dẻo dai và khả năng mang lại sự liên kết khi được thiết kế phù hợp. 

Bê tông cốt sợi carbon

Bê tông cốt sợi carbon là những sợi có đường kính khoảng 5 đến 10 micromet và được cấu tạo chủ yếu bởi các nguyên tử carbon. Sợi carbon có một số ưu điểm bao gồm độ cứng cao, độ bền cao, trọng lượng thấp, độ bền hóa học cao, khả năng chịu nhiệt độ tốt và độ giãn nở nhiệt thấp.

Sợi carbon thường được kết hợp với các vật liệu khác để tạo thành một hỗn hợp, khi được ngâm tẩm với nhựa dẻo và nung nóng tạo thành polyme được gia cố bằng sợi carbon, sợi carbon có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng rất cao và cực kỳ cứng mặc dù hơi giòn. Sợi carbon cũng được kết hợp với các vật liệu khác, chẳng hạn như than chì, để tạo thành vật liệu tổng hợp carbon gia cường, có khả năng chịu nhiệt rất cao.

Các ưu điểm nổi bật của bê tông cốt sợi carbon có thể kể đến như: Giúp cho công trình được thi công một cách đơn giản nhanh chóng và giảm chi phí thi công. Bề mặt vật liệu được gia cố kiên cố không rỉ như các vật liệu và phương pháp truyền thống. Giúp công trình giữ nguyên được kết cấu kiến trúc hiện đại.

Bê tông sợi tổng hợp vĩ mô

Sợi tổng hợp vĩ mô được làm từ hỗn hợp polyme và ban đầu được phát triển để thay thế cho sợi thép trong một số ứng dụng. Ban đầu, chúng được xác định là một giải pháp thay thế tiềm năng cho sợi thép trong bê tông cốt sợi, nhưng việc nghiên cứu và phát triển cho thấy chúng có vai trò cao trong việc thiết kế và xây dựng các tấm đỡ trên mặt đất và một loạt các ứng dụng khác.

Sợi tổng hợp vĩ mô đặc biệt thích hợp để cung cấp chất gia cố trong các môi trường xâm thực, chẳng hạn như các công trình biển và ven biển, vì chúng không bị các vấn đề như tạo thành các vết ố và ố vàng do ăn mòn thép. Bên cạnh đó, bởi vì sợi tổng hợp vĩ mô không dẫn điện nên sợi này đã được sử dụng trong phát triển xe điện và đường sắt nhẹ.

Bê tông sợi tổng hợp vi mô siêu nhỏ

Sợi tổng hợp vi mô cung cấp khả năng chống lại sự hình thành các vết nứt do co ngót của nhựa cao hơn so với sợi gia cố bằng dây hàn, sợi tổng hợp vi mô không thể cung cấp bất kỳ khả năng chống lại các khe hở theo chiều rộng vết nứt do co ngót khô, tải trọng kết cấu hoặc các dạng ứng suất khác gây ra. Tuy nhiên, sợi tổng hợp vi mô nên được chỉ định thường xuyên trong bất kỳ loại bê tông nào để cải thiện khả năng chống nứt, đảm bảo độ bền khi có thay đổi thời tiết và cải thiện tính đồng nhất của bê tông trong quá trình đổ.

Bê tông cốt sợi tự nhiên

Sợi tự nhiên có thể thu được trực tiếp từ động vật, thực vật hoặc khoáng chất và có thể chuyển đổi thành các loại vải không dệt như nỉ, giấy hoặc sau khi kéo thành sợi, thành vải dệt thoi. Sợi tự nhiên có thể được định nghĩa thêm là sự kết tụ của các tế bào trong đó đường kính không đáng kể so với chiều dài. Thiên nhiên có rất nhiều vật liệu dạng sợi, đặc biệt là các loại xenlulo như bông, gỗ, ngũ cốc và rơm rạ.

Việc sử dụng sợi tự nhiên để làm bê tông được khuyến khích vì một số loại sợi này có sẵn tại tự nhiên và rất phong phú. Ý tưởng sử dụng những sợi như vậy để cải thiện độ bền và độ chống chịu của vật liệu giòn không phải là mới, ví dụ: rơm rạ và lông đuôi ngựa được sử dụng để làm gạch và thạch cao. Sợi tự nhiên thích hợp để làm cốt bê tông và dễ dàng có sẵn ở các nước đang phát triển.

Bê tông cốt sợi cellulose

Sợi cellulose được tạo ra từ ete hoặc este của xenlulo, có thể thu được từ vỏ cây, gỗ, lá cây, hoặc các vật liệu có nguồn gốc thực vật khác. Ngoài cellulose, sợi cũng có thể chứa hemicellulose và lignin, với tỷ lệ phần trăm khác nhau của các thành phần này làm thay đổi tính chất cơ học của sợi. Các ứng dụng chính của sợi xenlulo là trong ngành công nghiệp dệt may, làm bộ lọc hóa học và làm vật liệu tổng hợp tăng cường sợi, do các đặc tính tương tự như sợi đã qua chế tạo nên sợi xenlulo là một lựa chọn khác cho vật liệu tổng hợp sinh học và vật liệu tổng hợp polyme.

Ứng dụng của bê tông cốt sợi

Về bản chất, bê tông thiếu độ bền kéo và dễ bị nứt. Nhưng bê tông cốt sợi có thể cải thiện độ bền và kiểm soát nứt. Các điểm yếu trong kết cấu bê tông thường do co ngót nhựa và co ngót khô gây ra. Các sợi trong bê tông cũng làm giảm tính thấm của bê tông. Hạn chế nước rỉ ra ngoài và giảm nứt vỡ do co ngót trong quá trình đóng rắn. Một số sợi nhất định cũng được sử dụng để làm cho bê tông có khả năng chống mài mòn, va đập và chống vỡ cao hơn.

Vì thế bê tông cốt sợi thường được sử dụng cho:

- Các ứng dụng trên mặt đất như vỉa hè và sàn của các tòa nhà, mái ngói và ngói

- Làm móng tầng hầm, xây trụ, hỗ trợ dầm

- Cầu, đường bộ

- Các ứng dụng bê tông phun - chẳng hạn như hồ bơi, lưu vực, đường nước nông nghiệp và các bức tường đá

- Hệ thống cống rãnh, đường ống thoát nước

- Bể phốt, hầm mộ, kho tiền và két sắt;

- Các hình dạng đúc sẵn - chẳng hạn như sàn composite, tấm xi măng mỏng.

Thi công bê tông cốt sợi như thế nào?

Quá trình thi công bê tông cốt sợi cần được thực hiện một cách trình tự, đúng các bước sau để đảm bảo hiệu quả thi công tốt nhất.

Bước 1: Kiểm tra cốp pha và cốt thép

Trước khi đổ bê tông, phải kiểm tra kỹ cốp pha và cốt thép để quá trình thi công diễn ra thuận lợi.
Trước khi thi công, cốp pha cần được đo đạc và định vị để đảm bảo độ chính xác
Khi đổ bê tông cần đảm bảo số lượng và vị trí các thanh cốt thép.

Bước 2: Các bước chuẩn bị

Bước chuẩn bị chính là công đoạn không thể thiếu trong quá trình thi công bê tông cốt sợi để đạt hiệu quả và chất lượng tối ưu. Sau đây là các bước chuẩn bị trước khi thi công bê tông sợi.
- Tính toán vật liệu xây dựng và nguồn lao động.
- Tính toán thời gian đổ bê tông thuận tiện nhất tránh tình trạng thời tiết ảnh hưởng đến chất lượng công trình.
- Thực hiện các biện pháp đảm bảo an toàn thi công
- Xử lý, vệ sinh khu vực thi công và vệ sinh cốp pha, cốt thép.

Bước 3: Tiến hành đổ bê tông

Tiến hành đổ bê tông cho từng hạng mục cột, dầm, sàn. Thực hiện theo đúng các biện pháp kỹ thuật tiêu chuẩn.