Độ bền grc

Bê tông gia cố sợi thủy tinh – GRC là vật liệu tổng hợp của xi măng, lớp vữa cốt liệu mịn và sợi thủy tinh kháng kiềm. Đây là vật liệu xây dựng đa năng được sử dụng từ đầu những năm 1970 trong đa dạng các ứng dụng trên thế giới. Ở Việt Nam hiện nay, GRC đang được phát triển và ứng dụng cho rất nhiều các công trình xây dựng hiện đại vì độ bền GRC cao hơn hẳn các vật liệu truyền thống.

Công trình sử dụng mặt dựng GRC

1. Độ bền GRC

Độ bền GRC đã được chứng minh trong suốt 35 năm qua, cụ thể là ở hiệu quả trong khả năng chống chọi với môi trường cũng như các tính chất cơ học của nó. Hàm lượng sợi thủy tinh kháng kiềm trong GRC > 16% zirconia và lớp phủ thủy tinh để tối đa hóa hiệu suất dài hạn. Trong hơn 35 năm qua, nhiều kỹ sư vật liệu đã nghiên cứu hiệu suất hoạt động của GRC cũng như sự tương tác giữa sợi thủy tinh kháng kiềm và lớp vữa, từ đó kết hợp và đưa vào các hướng dẫn kết cấu, sản xuất và thi công GRC hiệu quả.

Thí nghiệm nhanh chiều cao so sánh của cacbonat

2. Đặc điểm của kết cấu GRC

grc là vật liệu hỗn hợp của hàm lượng xi măng có độ thấm chậm, tức là có tính kháng hóa chất cao và tỷ lệ cacbonat thấp, nên độ bền GRC rất tốt. GRC không có thép gia cố, vì vậy chúng ta không cần lo ngại về độ bền và lớp bảo vệ yêu cầu giống như bê tông cốt thép.

Sự kết hợp của sợi thủy tinh mô đun cao và lớp vữa xi măng đạt chuẩn tạo nên một hỗn hợp với những đặc tính như đã được chứng minh và ghi lại trong nhiều tài liệu.

Mặc dù nhiều công thức trộn GRC có mức độ đứt dẻo và ứng suất phá hủy cơ bản cao, kết cấu của GRC vẫn đạt được mức an toàn về giới hạn độ dẻo vật liệu. (Ví dụ: ứng suất kết cấu sẽ thấp hơn ứng suất tới hạn khi mà vết nứt đầu tiên xuất hiện trong lớp vữa GRC). Điều này sẽ được biểu thị rõ khi tham chiếu với ứng suất uốn, đường cong biến dạng như ở hình dưới. Mức an toàn này khác với các thiết kế trong bê tông cốt thép, chúng dễ bị nứt nhưng vẫn nằm trong giới hạn của thép gia cố.

Ứng suất uốn điển hình, biến dạng đường cong trong 28 ngày

Ứng suất uốn điển hình

Trong Zone 1, sợi thủy tinh và lớp vữa hòa trộn vào nhau, với hàm lượng sợi thủy tinh cao chống nứt. Trong Zone 2, tải trọng chuyển dần qua sợi thủy tinh vì lớp vữa bắt đầu nứt. Trong Zone 3,chỉ một mình sợi thủy tinh chịu sức tải. Thành phần trong GRC thường được thiết kế để ứng suất và đường cong có biến dạng thấp nhất như trong Zone 1. Zone 2 và Zone 3 cung cấp độ dẻo cũng như độ an toàn để cho tải trọng cục bộ không làm cho các thành phần bị nứt.

Zone 1 thường sẽ không bị ảnh hưởng về tuổi thọ (trừ khi có sự gia tăng độ đàn hồi bằng quá trình hydrat hóa lớp vữa). Do đó đặc điểm kết cấu của GRC không bị giảm đi qua thời gian và thực chất hệ số an toàn chống nứt thường sẽ tăng lên. Xét về khía cạnh này, có thể nói vòng đời hoạt động của GRC là vô hạn. Với môi trường thực tế bên ngoài khi nói đến tuổi thọ GRC, Zone 3 giảm từ từ về độ rộng lớn và cuối cùng Zone 2 cũng sẽ giảm theo. Nhưng điều này không ảnh hưởng đến tuổi thọ kết cấu của sản phẩm, vì kết cấu không hề tận dụng được đặc tính uốn.

Nhà ga Heathrow Express (1998) sử dụng 9000 tấm ốp GRC với phụ gia polymer

San Francisco Towers,USA sử dụng 155,000 tấm ấp GRC với phụ gia polymer

3. Cơ chế và sửa đổi

Có hai nguyên nhân lý giải vì sao độ uốn ở Zone 2 và Zone 3 lại giảm từ từ. Do hàm lượng xi măng trong GRC tiếp tục bị hydrat hóa, phản ứng với nước trong nhiều tháng hoặc nhiều năm sau khi đúc. Điều này làm cho tinh thể calcium hydroxit (CH) bám quanh sợi thủy tinh. Chất này vừa có tính kiềm vừa bị ăn mòn cao, giúp khóa chặt các sợi thủy tinh trong lớp vữa, ngăn chăn việc sợi trượt ra ngoài sau khi GRC nứt. Lớp phủ bề mặt sợi thủy tinh kháng kiềm giúp bảo vệ các tinh thể CH xung quanh sợi.

Nếu được yêu cầu, độ uốn của GRC (Zone 2 và Zone 3) có thể được duy trì lâu hơn bằng cách hiệu chỉnh lớp vữa. Mặc dù làm tăng độ uốn GRC, nhưng lại ít gây tác động đến Zone 1, vì vậy sẽ không ảnh hưởng đến mức ứng suất của kết cấu.

Hiệu chỉnh lớp vữa sản xuất GRC

1. Độ bền GRC chuẩn có thể được biến đổi bằng cách thêm vào chất phụ gia acrylic polymer hoặc chất pozzolanic hoạt tính cao (metacaolanh).
2. Acrylic polymer cản trở những chuyển động độ ẩm trong GRC, giúp dưỡng hộ bê tông mới đổ xong. Bên cạnh đó, nó còn có lợi ích trong việc cải thiện độ uốn nhờ sự có mặt tại giao diện sợi và vữa.
3. Metacaolanh phản ứng với chất CH, làm giảm độ kiềm và CH kết tinh xung quanh sợi.
4. Can xi sulphoaluminate xi măng cũng được phát triển để thay thế OPC trong GRC. Nó không sản sinh ra CH trong quá trình hydrat hóa và kết quả là lớp vữa giảm độ kiềm.

Shepard Hall, City College New York (1990) sử dụng75.000 GRC với phụ gia metacaolanh và polymer

4. Kết luận

Độ bền GRC được chứng minh qua rất nhiều dự án được ký kết trong suốt 35 năm qua. Trong nhiều ứng dụng, nó còn được ưu tiên sử dụng trong sản xuất các vật liệu khác (FRP, bê tông đúc sẵn, gỗ, đất nung) nhờ độ bền ưu việt của mình. Đặc điểm kết cấu thông thường của GRC không bị xuống cấp theo thời gian. Sự thay đổi độ uốn qua thời gian sẽ phụ thuộc vào loại lớp vữa, nhưng còn tùy vào kết cấu.