Hiệu suất liên kết lên tới 15 năm của các kết cấu gia cố bằng sợi polyme (FRP) được sử dụng trong kết cấu bê tông cốt thép cho đến nay gần như chưa được biết đến và không được thử nghiệm rộng rãi. Hiệu suất của kết cấu FRP là điều kiện để đánh giá khả năng sử dụng trong liên kết bê tông FRP và có thể bị suy giảm theo thời gian. Chính vì vậy, phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) được sử dụng để đánh giá tình trạng liên kết FRP sử dụng cho kết cấu bê tông và xác định những thay đổi trong trạng thái liên kết FRP-bê tông, dẫn đến thay đổi độ bền của bê tông.
Việc sử dụng hệ thống kết cấu gia cố bằng sợi polyme (FRP) để tăng cường và phục hồi cầu bê tông trong vài thập kỷ qua đã mang lại khả năng kéo dài tuổi thọ và khả năng sử dụng của các cây cầu hiện nay. Khi được sử dụng trên các cầu và đường cao tốc bằng bê tông cốt thép (RC), các hệ thống FRP này làm tăng chất lượng kết cấu, cải thiện đáng kể hiệu suất chịu tải và tuổi thọ sử dụng. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là trong bao lâu.
Đối với các chủ sở hữu cơ sở hạ tầng giao thông đã sử dụng hệ thống FRP để gia cố cầu đường, mối quan tâm thường xuyên tập trung vào độ bền lâu dài của các hệ thống kết cấu này và mức độ duy trì khả năng chịu tải, hiệu suất của cầu theo thời gian. Chủ sở hữu phải đối mặt với hai câu hỏi chính: (1) hệ thống kết cấu FRP trên cầu đường RC hoạt động như thế nào trong thời gian hơn 15 năm dưới tác động của tải trọng theo chu kỳ, độ ẩm hay băng giá; (2) làm thế nào để có thể thu thập dữ liệu trường chính xác về các điều kiện liên kết FRP để đánh giá những thay đổi về hiệu suất tải, thiết lập quy trình bảo trì hiệu quả về chi phí và xác định độ bền lâu dài bê tông. Mối quan tâm này tăng lên khi có lượng lớn cầu phải gia cố.
Với một số cầu đường đã được tăng cường hệ thống FRP trong vài thập kỷ qua ở Missouri, Kentucky, Ohio, Canada, Châu Âu, Slovenia, Macedonia hay khu vực châu Á Thái Bình Dương, hiện vẫn chưa có hệ thống thử nghiệm hiện trường hiệu quả nào để đánh giá và xác minh điều kiện liên kết của vật liệu FRP trên diện tích lớn. NDT như một giải pháp sẵn có tốt nhất để giải quyết bài toán này, ngay cả khi bị hạn chế về khả năng quét trên mặt các khu vực có diện tích rộng. Phương pháp này có thể tiến hành trên hiện trường với một máy quét thu thập dữ liệu chính xác về liên kết bê tông FRP trên các cấu kiện kết cấu cầu được gia cố với hệ thống kết cấu FRP.
Một cây cầu B36 dài 792 m với 80 tấm bê tông liên kết FRP
Hiệu quả của phương pháp
Định lượng độ bền lâu dài của hệ thống kết cấu FRP sử dụng cho kết cấu bê tông là vấn đề mới nổi đối với ngành công nghiệp và chủ sở hữu các hệ thống cầu đường hiện nay. Thách thức lớn nhất ở đây là đảm bảo các hệ thống FRP sử dụng cho kết cấu bê tông được duy trì trong 20–30–50 năm. Trong khi đó, khả năng thu thập dữ liệu hiện trường có độ tin cậy cao, chứng minh các tấm FRP vẫn được kết dính sau một thời gian dài vẫn chưa được giải quyết đối với các khu vực có quy mô rộng lớn.
Phương pháp NDT đã cho thấy sự hiệu quả trong việc kiểm tra kết cấu bê tông trong nhiều năm, mặc dù ứng dụng của nó để đánh giá hệ thống kết cấu FRP vẫn chưa được phát triển đầy đủ. Việc phát triển và thử nghiệm hệ thống thiết bị NDT trong thực địa để đánh giá các điều kiện liên kết bê tông tấm FRP mang ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và chất lượng cầu đường.
Phương pháp NDT kiểm tra liên kết bê tông FRP
Để đánh giá hiệu quả thử nghiệm hiện trường với diện tích lớn trên cầu RC, việc so sánh giữa các phương pháp NDT khác nhau được thực hiện trên các tấm FRP. Các hệ thống NDT sẵn có được sử dụng để đánh giá liên kết hệ thống cấu trúc bê tông FRP (CFRP) bao gồm sóng ứng suất âm, nhiệt kế hồng ngoại, tia X, vi sóng, bức xạ tần số cao, siêu âm và máy đo rung laser để phát hiện sự tách lớp trong vùng giao diện FRP-bê tông. Mỗi phương pháp NDT cung cấp những ưu điểm riêng theo các điều kiện cụ thể khác nhau.
Việc đánh giá được tiến hành trong hai giai đoạn. Giai đoạn 1 là trong phòng thí nghiệm. Mục đích là để so sánh với các kết quả thu được ngoài hiện trường. Giai đoạn 2 sử dụng quy trình NDT trên thực địa trên cầu. Các bước kiểm tra được thực hiện trên cầu và thực hiện nhiều lần trên các dầm khác nhau của cầu. Mặc dù không phải tất cả các dầm đều được kiểm tra, nhưng các dầm được chọn ngẫu nhiên thường là những nơi để lộ vật liệu CFRP. Thực hiện các đánh giá trên vật liệu CFRP có lớp sơn phủ ngoài sẽ làm tăng yêu cầu đối với thiết bị NDT.
Kết quả thử nghiệm tại hiện trường và phòng thí nghiệm mà các nhà khoa học đã tiến hành xác nhận rằng NDT được áp dụng cho vật liệu FRP có thể đo chính xác trạng thái liên kết giữa vật liệu FRP và kết cấu bê tông. Việc sử dụng NDT để đánh giá tình trạng liên kết FRP có ứng dụng rộng rãi cho việc kiểm tra kết cấu bê tông trang bị thêm FRP và các lĩnh vực liên quan trong công trình dân dụng.
Từ khóa: NDT; FRP; kết cấu bê tông;
– CMD&DND –
