Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng xử chịu lực của cấu kiện dầm hộp bê tông cốt lưới dệt sợi Các bon

Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-30- 
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU LỰC CỦA 
CẤU KIỆN DẦM HỘP BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT SỢI CÁC BON 
Đỗ Văn Linh1*, Nguyễn Huy Cường1, Ngô Đăng Quang1, Đinh Hữu Tài1 
1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội 
* Tác giả liên hệ: Email: dvlinh@utc.edu.vn; Tel: 0976076946 
Tóm tắt. Bê tông cốt lưới dệt (Textile Reinforced Concrete, TRC) là một loại bê tông 
hạt mịn có cốt dạng lưới được dệt từ sợi có nguồn gốc phi kim loại. Vật liệu này có thể 
được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như để tăng cường kết cấu, chế tạo kết 
cấu mới. Mặc dù vậy, các nghiên cứu về cấu kiện đúc sẵn từ bê tông cốt lưới dệt còn 
rất hạn chế. Bài báo này trình bày một số kết quả thí nghiệm nhằm xác định ứng xử 
chịu lực của kết cấu dầm hộp bê tông cốt lưới dệt, sử dụng sợi các bon có thể sử dụng 
làm cấu kiện đúc sẵn trong xây dựng. Các dầm hộp có cùng kích thước, được thiết kế 
với hàm lượng cốt dọc và cốt ngang khác nhau, để có thể khảo sát đồng thời khả năng 
chịu uốn và chịu cắt. 
Abstract. Textile Reinforced Concrete (TRC) is a new composite material, where 
multi-axial textile are used in combination with fine grained concrete. TRC represents 
a relatively new development in the field of strengthening of reinforced concrete 
structures and fabricating new precast concrete structures. Since TRC is still a 
relatively new construction material, which has not yet been standardised, little 
research reported in this area, especially for the new type of fabricated structures. This 
paper presents the experimental results of structural responses of hollow beams using 
TRC. Eight specimens with the same dimensions are designed with different 
longitudinal and transverse reinforcement ratios. All the specimens are tested under 
four-point bending test, in order to investigate both flexural and shear strength. 
Từ khóa: bê tông lưới dệt, dầm hộp, chịu uốn, chịu cắt, sợi các bon. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Bê tông cốt lưới dệt (Textile Reinforced Concrete -TRC) là một loại vật liệu 
thuộc nhóm composite có gốc xi măng, bao gồm bê tông hạt mịn và cốt từ lưới dệt. 
Lưới sợi dệt có thành phần cơ bản là những sợi đơn (filament) với cường độ chịu kéo 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-31- 
rất cao, có nguồn gốc từ tự nhiên như basalt hay sợi nhân tạo như các bon, thuỷ tinh, 
nhựa, v.v. Các sợi đơn này được bó thành các bó sợi; sau đó, các bó sợi này được dệt 
thành dạng lưới 1D, 2D hay 3D [1]. Trong khi đó, bê tông hạt mịn là một loại bê tông 
bê tông xi măng cốt liệu mịn, đóng vai trò chính là chất nền cho TRC. Vật liệu TRC 
kết hợp được ưu điểm về tính năng cao của bê tông hạt mịn với cường độ chịu kéo cao 
của lưới dệt, phù hợp để chế tạo kết cấu mới và để sửa chữa, tăng cường khả năng chịu 
lực cho kết cấu bê tông cốt thép. Với thành phần thích hợp, vật liệu TRC có độ bền 
môi trường cao, hầu như không bị ăn mòn, cho phép sử dụng để chế tạo các bộ phận 
kết cấu có chiều dày nhỏ dẫn đến tiết kiệm vật liệu cũng như tính dễ tạo hình để thoả 
mãn các yêu cầu kiến trúc [2]. TRC cũng được xem là một trong những vật liệu tiên 
tiến có tiềm năng đáp ứng được những yêu cầu phát triển bền vững trong xây dựng 
công trình hiện nay. 
Trên thế giới hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu về kết cấu bê tông cốt phi kim 
loại, như cốt thanh polymer cốt sợi FRP (Fiber Reinforced Polymer). Ở Việt Nam, 
thanh FRP thủy tinh đã bắt đầu sản xuất trong nước và bán ra thị trường [5]. Tuy 
nhiên, bởi cốt FRP không uốn được tại công trường, do đó, các kỹ sư gặp nhiều khó 
khăn khi cần bẻ/uốn ở các góc hoặc làm cốt đai chịu cắt. Đây là một nhược điểm làm 
hạn chế sự phổ biến của loại cốt chịu lực này [6-7]. So với cốt thanh FRP, cốt lưới dệt 
dễ thi công, dễ uốn cong để hình thành cốt đai chịu cắt hơn so với thanh FRP. Ngoài 
ra, do có khả năng chịu kéo và mô đun đàn hồi lớn hơn so với thanh FRP, việc áp ứng 
dụng cốt lưới dệt làm cốt đai chịu cắt cho dầm bê tông là rất phù hợp. Tuy nhiên, cho 
đến hiện nay, mới chỉ có một số lượng rất ít các công bố khoa học về kết cấu bê tông 
cốt lưới dệt đúc sẵn. Các nghiên cứu này đang tập trung vào kết cấu bản mỏng, bản 
TRC dự ứng lực căng trước, kết cấu dầm chữ I thành mỏng [2-4, 8-9]. Một trong các 
lý do là việc chế tạo kết cấu TRC đang mang tính thủ công, đặc biệt là các kết cấu có 
hình dạng phức tạp, chiều dày mỏng. Đồng thời, ứng xử chịu lực của các kết cấu này 
cũng thường phức tạp, cần được tính toán mô phỏng và kiểm chứng từ thực nghiệm 
[3]. Tuy nhiên, theo Peled [2], do cấu trúc của lưới sợi được dệt theo cả 2 phương nên 
TRC có khả năng chịu các ứng suất nhiều chiều. Các tiêu chuẩn hiện nay trên thế giới 
cũng đang đưa ra nhiều chỉ dẫn khác nhau trong việc tính toán sức kháng cắt của các 
kết cấu sử dụng cốt phi kim loại. Hiện nay, chưa có nghiên cứu nào về kết cấu dạng 
dầm hộp sử dụng TRC được công bố. 
Bài báo này trình bày một số kết quả thực nghiệm về khả năng chịu lực của cấu 
kiện dầm hộp TRC. Tám (8) dầm được thí nghiệm uốn 4 điểm với chiều dài nhịp phù 
hợp, nhằm xác định ứng xử chịu uốn và chịu cắt đồng thời. 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-32- 
2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 
2.5. Cấu tạo mẫu thí nghiệm 
Trong nghiên cứu này, có 8 dầm hộp có cùng kích thước, với hàm lượng cốt chịu 
lực bằng lưới sợi các bon khác nhau được thí nghiệm. Các dầm có kích thước tiết diện 
150 × 200 mm, chiều dài 1000 mm, với kích thước lõi rỗng là 90 × 140 mm, tương 
ứng với chiều dày thành của bản nắp, bản đáy và 2 bản sườn/thành là 30 mm (Hình 1). 
Có 4 nhóm mẫu thí nghiệm được thiết kế và chế tạo, trong đó mỗi nhóm có 2 mẫu 
giống nhau. Nhóm 1, 2, 3 có 6 dầm (HF1-1; HF1-2; HF2-1; HF2-2; HF3-1 và HF3-2) 
sử dụng tương ứng 1, 2, 3 lớp lưới sợi các bon (3 hàm lượng cốt chịu lực khác nhau) 
được đặt ở bản đáy dưới. Đối với 2 mẫu thí nghiệm nhóm 4 (BS1-1 và BS1-2), các bản 
nắp và bản sườn có 1 lớp lưới sợi, và bản đáy dưới có 6 lớp lưới sợi. Tất cả các mẫu 
thí nghiệm đều được gia tải theo thí nghiệm uốn 4 điểm, với chiều dài đoạn chịu cắt và 
đoạn chịu uốn thuần túy bằng nhau và bằng 200 mm. 
P/2 P/2
200 200 200 200 200
1000
9030 30
150
140
30
30
200
Dầm HFx-y Dầm HS1-1; HS1-2
1 lớp lưới
5 lớp lưới
140
30
30
200
Kích thước mặt cắt
1,2,3 lớp 
lưới sợi
Lưới sợi các bon Bê tông hạt mịn
Hình 1. Cấu tạo chi tiết các dầm thí nghiệm. 
2.6. Vật liệu thí nghiệm 
Vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông bao gồm xi măng PC40 Bút Sơn, cát Mong 
Cái có đường kính hạt từ 0,1÷0,3 mm; cát Phong Điền có đường kính hạt từ 0,3÷0,63 
mm, tro bay và phụ gia siêu dẻo hệ polycarboxylate R-209ACE (Bảng 1). Bê tông hạt 
mịn có cường độ chịu nén và chịu kéo uốn trung bình lần lượt là 49,2 MPa và 6,85 
MPa ở tuổi 28 ngày. Mẫu thí nghiệm có kích thước 40 × 40 × 160 mm, được thực hiện 
theo TCVN 6016:2011. Bê tông hạt mịn này có tính tự đầm tương đối cao, được thiết 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-33- 
kế để bê tông dễ dàng “len lỏi” qua các lớp lưới sợi, nhằm đảm bảo tính đặc chắc cũng 
như dính bám tốt với lưới sợi. 
Bảng 1. Cấp phối bê tông hạt mịn (kg). 
Xi măng Tro bay 
Cát 
0,3÷0,63 mm 
Cát 
0,1÷0,3mm 
Nước Phụ gia siêu dẻo 
600 110 950 610 230 2,4 
Lưới sợi dệt loại các bon Sigratex Grid 350 có cường độ chịu kéo 3550 MPa, 
mô đun đàn hồi 225 GPa, trọng lượng riêng là 1,82 g/cm3, độ mịn 1600tex. Các bó sợi 
được phủ lớp bọc polymer có nguồn gốc từ styrene butadine với hàm lượng phủ 15%. 
Cấu trúc lưới được dệt với các bó sợi theo phương 0°/90°, với khoảng cách giữa các 
bó sợi theo 2 phương là 25 mm. 
2.7. Chế tạo mẫu và thiết lập hệ thống thí nghiệm 
Các dầm hộp TRC lần lượt được chế tạo tại Trường Đại học Giao thông vận tải. 
Đầu tiên, một lớp bê tông hạt mịn mỏng được rót xuống tạo lớp bê tông bảo vệ cho 
bản nắp. Sau đó, lưới sợi được đặt vào ván khuôn, được giữ đúng vị trí theo thiết kế 
bằng các lớp “nẹp”. Sau đó, một thanh xốp có kích thước 90 × 140 mm được đặt vào 
ván khuôn nhắm tạo ra lõi rỗng cho dầm (Hình 2). Tiếp theo, lớp bê tông hạt mịn được 
“rót” vào ván khuôn, điền đầy các bản sườn. Để đảm bảo chiều dài neo cho các bó sợi 
ngang, 2 đoạn lưới còn lại sẽ được “uốn” và đặt vào trong bản đáy. Tiếp theo, 3 lớp 
lưới sợi được lần lượt bổ sung nhằm đảm bảo hàm lượng cốt lưới dệt chịu kéo khi uốn 
đủ lớn. Chiều dày lớp bê tông bảo vệ và khoảng cách giữa các lớp lưới sợi được khống 
chế trong khoảng 4 ÷ 5 mm. Lớp bê tông bảo vệ cuối cùng sẽ được “trát” lên và hoàn 
thiện bề mặt bản đáy. 
Hình 2. Chế tạo mẫu thí nghiệm. 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-34- 
Hình 3. Thiết lập thí nghiệm và bố trí hệ thống đo đạc. 
Các dầm được thí nghiệm uốn 4 điểm cho đến khi phá hoại, theo phương pháp 
khống chế chuyển vị, với tốc độ gia tải 0,5 mm/phút. Thiết bị gia tải là máy kéo nén 
SANS tại Phòng thí nghiệm Vật liệu và Kết cấu xây dựng, Trường Đại học Giao thông 
vận tải. Trong thí nghiệm này, thiết bị đo lực loadcell và thiết bị đo chuyển vị LVDT 
được “gắn” vào giữa nhịp. Với mỗi mẫu dầm thí nghiệm, 2 lá điện trở straingauge 
được dán vào bề mặt thớ trên và dưới của dầm, nhằm đo biến dạng của vùng nén và 
vùng kéo (Hình 3). Các thiết bị này được đồng bộ dữ liệu qua bộ ghi đo tự động 
datalogger. 
3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 
Đường cong quan hệ giữa lực và độ võng giữa nhịp của các dầm thí nghiệm được 
trình bày và so sánh với nhau ở Hình 4. Đồng thời, giá trị lực lớn nhất và dạng phá 
hoại của các dầm cũng được tổng hợp ở Bảng 2. Có thể thấy, trừ cặp mẫu HF2-1 và 
HF2-2 (sử dụng 2 lớp lưới sợi) có sự khác biệt về khả năng chịu lực và dạng phá hoại, 
các cặp mẫu thí nghiệm còn lại có kết quả khá tương đồng nhau. 
Bảng 2. Kết quả thí nghiệm. 
Dầm 
Số lớp lưới dệt 
Cốt lưới dệt theo 
phương dọc Lực 
lớn 
nhất 
(kN) 
Dạng phá hoại 
Cốt 
dọc 
Cốt 
ngang 
Diện 
tích 
(mm2) 
Hàm 
lượng 
(%) 
HF1-1 
1 0 5,28 0,045 
42,6 
Do uốn/ sợi bị kéo đứt 
HF1-2 40,8 
HF2-1 
2 0 10,56 0,091 
60,7 Do cắt / vết nứt nghiêng lớn 
HF2-2 54,6 Do uốn/ sợi bị kéo đứt 
HF3-1 
3 0 15,84 0,138 
81,4 
Do cắt / vết nứt nghiêng lớn 
HF3-2 83,6 
BS1-1 5 1 26,4 0,234 117,7 Do cắt / vết nứt nghiêng lớn 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-35- 
BS1-2 110,6 
Hình 4. Đường cong lực – độ võng của các dầm thí nghiệm. 
Đối với các mẫu thí nghiệm HF1-1 và HF1-2 sử dụng 1 lớp lưới sợi các bon, các 
dầm xuất hiện vết nứt ở mức tại trọng xấp xỉ 25 kN. Các vết nứt này tiếp tục mở rộng, 
và dầm bị phá hoại ở mức tải trọng xấp xỉ 40 kN. Như quan sát trên Hình 5, các mẫu 
thí nghiệm này chỉ xuất hiện 1 vết nứt ở khu vực chịu uốn thuần túy. Đối với mẫu 
HF2-2 (sử dụng 2 lớp lưới sợi), dạng phá hoại do uốn khi lưới sợi bị kéo đứt cũng xảy 
ra ở mức tải trọng xấp xỉ 54,6 MPa. Cần phải lưu ý rằng, vị trí vết nứt này hơi lệch ra 
khỏi khu vực chịu uốn thuần túy (Hình 5). Ngược lại, với dầm HF2-1 có cùng cấu tạo, 
có 2 vết nứt do uốn xuất hiện ở giữa nhịp, có thể quan sát được ở mức tải trọng 38,5 
kN. Lúc này, tải trọng vẫn tiếp tục tăng, và xuất hiện thêm vết nứt nghiêng ở mức tải 
56 kN. Sau khi bị nứt nghiêng, vết nứt này nhanh chóng mở rộng và gây phá hoại cho 
dầm khi đạt đến giá trị lực lớn nhất là 60,7 kN. Điều này cho thấy, sau khi xuất hiện 
vết nứt nghiêng do lực cắt, bê tông nhanh chóng bị phá hoại bởi hiệu ứng cài khóa cốt 
liệu đối với loại bê tông hạt mịn dùng trong TRC là khá nhỏ. 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-36- 
Hình 5. Dạng phá hoại của các dầm có 1, 2 lớp lưới sợi dọc. 
Hình 6. Dạng phá hoại của các dầm có 3 lớp lưới và dầm có cốt ngang. 
Đối với các dầm BS1-1 và BS1-2 sử dụng 5 lớp lưới sợi dọc và 1 lớp lưới sợi 
ngang, tải trọng gây nứt của các dầm này tăng xấp xỉ 34% so với các dầm sử dụng 1 và 
2 lớp lưới sợi. Đồng thời, mức tải trọng xuất hiện vêt nứt nghiêng lớn hơn, kèm theo 
cả vết nứt do cắt sườn và vết nứt uốn cắt. Các vết nứt cắt sườn mở rộng và gây ra phá 
hoại cho dầm ở mức tải trọng 110,6 kN ÷ 117,7kN. Sau khi phá hoại, lực tác dụng bị 
giảm đột ngột, duy trì ở mức tải trọng xấp xỉ 70 kN. Các vết nứt nghiêng có bề rộng 
nhỏ hơn nhiều so với các dầm HF3-1 và HF3-2, do các bó sợi các bon vẫn tiếp tục có 
thể truyền lực cắt. 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo này trình bày tóm tắt một số kết quả thí nghiệm đối với cấu kiện dầm hộp 
bê tông cốt lưới dệt. Trong nghiên cứu này, các dầm hộp có hàm lượng cốt chịu lực 
(cốt ngang và cốt dọc) khác nhau được gia tải uốn 4 điểm để xác định đồng thời khả 
năng chịu uốn và chịu cắt của dầm. Với các dầm sử dụng 1 và 2 lớp lưới sợi dọc, dầm 
bị phá hoại do uốn khi các bó sợi bị kéo đứt. Với các dầm sử dụng 3 lớp lưới sợi dọc 
và không có sợi ngang, dạng phá hoại do cắt xảy ra khi vết nứt nghiêng lớn mở rộng 
nhanh ở sườn dầm và gây phá hoại đột ngột cho dầm. Việc tăng hàm lượng cốt dọc 
cũng đồng thời tăng số lượng vết nứt xuất hiện trên dầm. Đối với dầm có sử dụng các 
bó sợi ngang, khả năng chịu lực cắt của dầm tăng lên đáng kể, bề rộng vết nứt nghiêng 
khi phá hoại giảm mạnh, đồng thời dầm vẫn duy trì được khả năng chịu lực ở mức tải 
trọng nhỏ hơn. 
LỜI CẢM ƠN 
Cảm ơn Trường Đại học Giao thông vận tải đã tài trợ cho cho nghiên cứu này trong 
khuôn khổ đề tài mã số T2020-XD-006. 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-37- 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. J. Hegger, N. Will, Textile Reinforced Concrete — A new Composite Material. 
Advances in Construction Materials 2007, Springer Berlin Heidelberg: 147-156, 2007. 
[2]. A. Peled, A. Bentur, B. Mobasher, Textile Reinforced Concrete (Modern Concrete 
Technology), CRC Press, ISBN 978-1466552555, 2017. 
[3]. W. Brameshuber, FERRO-11: 11th International Symposium On Ferrocement and 
3rd ICTRC International Conference On Textile Reinforced Concrete, Proceedings of 
RILEM conference, ISBN 978-2-35158-152-0, 2015. 
[4]. ACI Committee. “ACI 549.4R-13: Guide to Design and Construction of 
Externally Bonded Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) Systems for 
Repair and Strengthening Concrete and Masonry Structures.” American Concrete 
Institute (2013). 
[5.] TCVN 11110:2015 (2015), Cốt composit Polyme dùng trong kết cấu bê tông và 
địa kỹ thuật. 
[6]. Nguyễn Hùng Phong, Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm bê tông có cốt 
polyme sợi thủy tinh hàm lượng thấp, Tạp chí Xây dựng, số 9/2014, tr61-65. 
[7]. Nguyễn Hùng Phong (2014), Một số vấn đề về thiết kế cấu kiện chịu uốn bằng bê 
tông cốt thanh polyme cốt sợi thủy tinh, Tạp chí Xây dựng, số 8/2014, tr43-48. 
[8]. Nguyen Huy Cuong, Ngo Dang Quang, Experimental study on flexural behavior 
of prestressed and non-prestressed textile reinforced concrete plates, Transport and 
Communications Science Journal, Vol. 71, Issue 1 (01/2020), 37-45. 
https://doi.org/10.25073/tcsj.71.1.5 
[9]. D. Yunxing, X. Zhang, F. Zhou & D. Zhu, M. Zhang, P. Wei., Flexural behavior 
of basalt textile-reinforced concrete, Construction and Building Materials, 183 (2018) 
7-21. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.165