Cách Thi Công Vải Sợi Carbon Trên Bê Tông

Thi công vải sợi carbon là phương pháp dán ướt (wet lay-up): bạn dán một lớp vải carbon khô vào bê tông đã chuẩn bị bằng keo epoxy kết cấu, ngay tại công trường, từng lớp một. Làm đúng, vải phát huy được toàn bộ khả năng chịu lực; làm sai, lớp gia cường sẽ bong tách trước khi sợi carbon kịp phát huy tác dụng. Đây là phương pháp của FidStrong, trong đó mọi số liệu đều được truy xuất từ bảng dữ liệu sản phẩm và tiêu chuẩn ACI SPEC-440.12-22, tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng (QC) hiện trường bắt buộc. Để hiểu hệ thống này đạt được điều gì, hãy bắt đầu với bài gia cường CFRP là gì.

1. Chuẩn bị và kiểm tra bề mặt

Mọi thứ bắt đầu từ bề mặt nền. Mài hoặc phun cát/phun bi để loại bỏ toàn bộ phần bê tông yếu, lớp hồ xi măng bề mặt (laitance), sơn và các chất bẩn cho đến khi lộ cốt liệu và bề mặt có độ nhám cần thiết. Sau đó xác nhận hai chỉ số trước khi thi công bất kỳ lớp nhựa nào: cường độ kéo đứt (pull-off) phải đạt tối thiểu 1.5 MPa theo bảng dữ liệu sản phẩm của FidStrong (mức sàn theo tiêu chuẩn ACI là 1.4 MPa / 200 psi, ASTM C1583), và độ ẩm phải dưới 4% (ASTM D4263). Các góc ngoài phải được bo tròn với bán kính tối thiểu 20 mm nơi vải sẽ bọc qua, để sợi carbon không bị gãy gập, và chỉ thi công trong khoảng nhiệt độ bề mặt nền và môi trường từ +5 đến +35 °C. Tìm hiểu sâu hơn: chuẩn bị bề mặt cho CFRP.

2. Sơn lót bê tông

Sơn lót để bịt kín các lỗ rỗng và ngăn hiện tượng thoát khí (outgassing) — hiện tượng có thể gây phồng rộp lớp gia cường nếu không xử lý. Trộn sơn lót FSE302 theo tỷ lệ 2:1 theo khối lượng (thời gian sử dụng khoảng 40 phút ở 23 °C) và thi công một lớp với định mức 0.3–0.5 kg/m², xoa đều vào bề mặt, không để đọng vũng. Lớp sơn khô se bề mặt sau khoảng 2 giờ. Điểm quan trọng: lớp nhựa tẩm phải được thi công trong khung thời gian phủ lớp tiếp theo từ 2–24 giờ của sơn lót — không bao giờ thi công sau khi sơn lót đã đóng rắn hoàn toàn, nếu không độ bám dính sẽ bị ảnh hưởng.

3. Làm phẳng những chỗ gồ ghề

Chỉ thực hiện khi cần thiết. Những chỗ lệch bề mặt lớn hơn khoảng 1 mm (đối với hệ vải) được trám bằng vữa làm phẳng FSE502 (tỷ lệ trộn 2:1, khô se sau khoảng 1.5 giờ, đóng rắn hoàn toàn ≥ 24 giờ) trước khi sơn lót, còn các chỗ sửa chữa sâu hơn 5 mm được đắp thành nhiều lớp. Mục tiêu là tạo một bề mặt phẳng để vải áp sát hoàn toàn — nếu để vải bắc cầu qua một khoảng trống sẽ tạo ra vùng rỗng không bám dính.

4. Tẩm nhựa và trải lớp vải đầu tiên

Thi công lớp nhựa tẩm thứ nhất lên bề mặt đã sơn lót — dùng FSE322 (tỷ lệ 2:1, thời gian sử dụng khoảng 70 phút) cho công việc thông thường, hoặc FSE323H cho thi công trên đầu (overhead) và vải nặng cần chống chảy xệ. Thời gian sử dụng rút ngắn khi trộn mẻ lớn hơn và nhiệt độ cao hơn — chỉ trộn lượng có thể thi công xong trong khoảng thời gian đó. Ép vải vào lớp nhựa còn ướt theo đúng hướng thiết kế, giữ sai lệch hướng sợi trong phạm vi ±5° (theo ACI SPEC-440.12-22). Sau đó thi công lớp nhựa thứ hai xuyên qua lớp vải và lăn ép từ giữa ra ngoài bằng con lăn có gân để đẩy hết mọi bọt khí trước khi nhựa bắt đầu đông. Công đoạn tẩm ướt hoàn toàn này là yếu tố quyết định chất lượng. Định mức theo bảng CONSUMPTION trong tài liệu kỹ thuật FSE322: sơn lót FSE302 0.3–0.4 kg/m²; nhựa tẩm mỗi lớp (cả hai lần thi công cộng lại) 0.5–0.7 kg/m² cho vải 200 g/m², 0.6–0.9 cho 300 g/m², 1.0–1.2 cho 600 g/m².

5. Thêm các lớp vải theo kiểu ướt-trên-ướt

Với các hệ nhiều lớp, trải mỗi lớp vải bổ sung khi lớp trước vẫn còn dính (tacky). Nếu để một lớp đóng rắn hoàn toàn trước, lớp đó phải được mài cơ học và lau bằng dung môi trước khi lớp vải tiếp theo có thể bám dính — một bề mặt đã đóng rắn không tự nó là một nền bám dính hợp lệ. Chồng mí nối theo hướng sợi tối thiểu 100 mm (mức sàn theo bảng dữ liệu; chiều dài chồng mí thiết kế được xác định bằng thử nghiệm theo ACI 440.2R).

6. Bảo dưỡng, kiểm tra và bảo vệ

Để lớp gia cường đóng rắn hoàn toàn — 7 ngày ở 23 °C, được bảo vệ khỏi tác động, mưa và ánh nắng (xem hướng dẫn bảo dưỡng). Sau đó kiểm tra: gõ nghe âm thanh (tap/coin test) hoặc dùng chụp ảnh nhiệt hồng ngoại để tìm các điểm khô hoặc bong tách, và với các công trình có yêu cầu bám dính quan trọng thì thử kéo đứt (pull-off) theo ASTM D7522 — đạt yêu cầu cần cả hai điều kiện: cường độ > 200 psi (1.4 MPa) và phá hoại xảy ra bên trong bê tông. Cuối cùng, đối với thi công ngoài trời, bảo vệ chống tia UV bằng cách rắc 0.5–1.0 mm cát thạch anh vào lớp nhựa ướt cuối cùng cùng với một lớp phủ hoàn thiện tương thích; epoxy đã đóng rắn nếu để tiếp xúc với tia UV sẽ bị suy giảm.

Câu hỏi thường gặp

Tôi có cần sơn lót không, hay có thể thi công nhựa trực tiếp lên bê tông?

Phải sơn lót trước. FSE302 thấm vào các lỗ rỗng hở của bê tông và loại bỏ hiện tượng thoát khí vốn có thể gây phồng rộp lớp gia cường. Sơn lót phải được thi công và khô se bề mặt (khoảng 2 giờ ở 23 °C) trước khi thi công lớp nhựa tẩm, trong khung thời gian phủ lớp tiếp theo từ 2–24 giờ.

Một hệ gia cường CFRP dán ướt mất bao lâu để đóng rắn hoàn toàn?

Nhựa tẩm FSE322/FSE323 của FidStrong đóng rắn hoàn toàn sau 7 ngày ở 23 °C. Trong thời gian đó, lớp gia cường phải được giữ nguyên không xáo trộn, khô ráo và tránh ánh nắng trực tiếp; nhiệt độ thấp hơn sẽ kéo dài thời gian đóng rắn, nên thi công trong thời tiết lạnh cần thời gian bảo vệ dài hơn.

Làm sao để kiểm tra chất lượng một hệ gia cường đã hoàn thiện?

Hai bước kiểm tra: gõ nghe âm thanh (tap/coin test hoặc hồng ngoại) để tìm các điểm khô hoặc bong tách, và thử kéo đứt (pull-off) theo ASTM D7522 — tối thiểu 3 lần thử trên mỗi 1.000 ft² và 3 lần mỗi ngày, chỉ đạt yêu cầu nếu cường độ vượt quá 200 psi (1.4 MPa) và phá hoại xảy ra bên trong bê tông, không phải tại lớp keo dán.

Điều gì xảy ra nếu phát hiện một bong bóng nhỏ hoặc điểm bong tách sau khi đóng rắn?

Kích thước quyết định cách xử lý. Dưới khoảng 2 in² (13 cm²) thường được để nguyên nếu tổng diện tích rỗng dưới 5% lớp gia cường; 2–25 in² được bơm keo epoxy áp lực thấp; từ 25 in² (160 cm²) trở lên phải cắt bỏ và vá lại với chồng mí được kỹ sư phê duyệt.

Tại sao lượng nhựa hết giữa chừng phải bỏ đi thay vì bổ sung thêm sau đó?

Một khi lớp nhựa dưới vải đã bắt đầu đông, một lớp nhựa mới thêm vào vài giờ sau đó chỉ tạo màng trên bề mặt — không thể thấm ngược lại vào các sợi đã khô cứng, để lại một mối nối nguội yếu. Cách khắc phục là cắt bỏ và trải lại đoạn đó, đây cũng là lý do phải tính toán lượng nhựa cho toàn bộ khu vực trước khi bắt đầu. Xem thêm các lỗi thi công CFRP thường gặp.

FidStrong sản xuất vải sợi carbon FSC cùng các loại epoxy FSE dùng làm sơn lót, nhựa tẩm và vữa làm phẳng tương ứng, theo các hệ thống quản lý chất lượng ISO 9001, 14001 và 45001. Các số liệu trong bài được trích từ bảng dữ liệu sản phẩm, ACI 440.2R và ACI SPEC-440.12-22; việc thi công phải tuân theo yêu cầu kỹ thuật của dự án và thiết kế của kỹ sư có đủ chuyên môn.