TÓM TẮT
Sử dụng sợi tự nhiên để tăng cường khả năng chịu kéo, khả năng chống nứt của
bê tông là xu hướng chung trên thế giới cũng như trong nước. Sợi gia cường nói
chung có thể giúp cải thiện các khả năng chịu kéo, khả năng chống nứt của bê tơng,
do sợi gia cường có khả năng chịu kéo tốt. So với sợi sản xuất công nghiệp (như sợ
thép, sợi nhựa PP, sợi thủy tinh .v.v ), sợi tự nhiên thân thiện với mơi trường, có thể
tái tạo theo nhu cầu của con người và chi phí thấp.
Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng các loại sợi tự nhiên phổ biến ở khu vực
đồng bằng Sông Cửu Long gồm xơ dừa (đã xử lý NaOH và không xử lý), rơm và lục
bình để cải thiện khả năng chịu kéo, khả năng chống nứt của vữa xi măng (bê tông
cốt liệu mịn).
Đối với cấp phối BT M100, sợi xơ dừa ngắn (1 - 2cm) và sợi xơ dừa dài (2 3cm) chưa xử lý và đã xử lý NaOH đều làm tăng cường độ nén và cường độ kéo do
uốn so với mẫu nền; Hàm lượng sợi xơ dừa tối ưu trong khoảng 4% - 6%; Tại hàm
lượng 4% cường độ nén tăng nhiều nhất 50%; Tại hàm lượng 6% cường độ kéo do
uốn tăng nhiều nhất 105%.
Đối với cấp phối BT M300, sợi xơ dừa thêm vào làm giảm cường độ nén và
tăng cường độ kéo do uốn so với mẫu nền; Hàm lượng sợi tối ưu trong khoảng 2% 4%; Sợi xơ dừa cho kết quả tốt hơn sợi rơm và sợi lục bình; Đối với sợi xơ dừa chiều
dài sợi không ảnh hưởng nhiều đến cường độ nén, tuy nhiên đối với cường độ kéo do
uốn thì chiều dài sợi ảnh hưởng một cách rõ rệt (sợi dài cho kết quả tốt hơn sợi ngắn);
Việc xử lý hoặc không xử sợi không làm ảnh hưởng đến cường độ của BTCS.
Tính cơng tác (độ linh động) của hỗn hợp vữa bị giảm khi tăng hàm lượng sợi
vào hỗn hợp vữa. Tương tự như vậy, bề rộng của vết nứt khi uốn gãy giảm khi tăng
hàm sợi vào hỗn hợp vữa.

iii


ABSTRACT
Using natural fibers to enhance the tensile strength and cracking resistance of
concrete is a common trend in the world as well as in the country. The reinforcing
fiber in general can help to improve the tensile strength, cracking resistance of the

concrete, because the reinforced fiber has good tensile strength. Compared with
industrial production fibers (such as steel, PP plastic fiber, fiberglass, etc.), natural
fibers are environmentally friendly, renewable according to human needs and low
cost.
In this study, the author uses natural fibers common in the Mekong Delta
including coir (NaOH treated and untreated), straw and water hyacinth to improve
tensile strength, resistance to cracking of cement mortar (fine aggregate concrete).
For the M100 mortar aggregate, short coir fiber (1 - 2cm) and long coir fiber
(2 - 3cm), untreated and NaOH treated both increase compressive strength and
flexural tensile strength compared to the substrate; Optimal coir fiber content is about
4% - 6%; At a content of 4%, compressive strength increases at most 50%; At a
content of 6% tensile strength due to bending increases 105% maximum.
For the M300 mortar aggregate, the added coir fiber reduce the compressive
strength and increase the tensile strength due to bending compared to the substrate;
Optimal fiber content is between 2% - 4%; Coir fiber outperforms straw and hyacinth;
For coir fiber the fiber length does not have much effect on compressive strength, but
for tensile strength due to bending the fiber length affects significantly (long yarn
results better than short yarn); Treating or untreated fibers did not affect the strength
of the fiber-reinforced concrete.
Workability (mobility) of the mortar mixture decreases with increasing fiber
content into the mortar mixture. Likewise, the width of the crack during fracture
decreases with increasing the fiber jaw into the mortar mixture.

iv


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
CẢM TẠ ........................................................................................................... ii
TÓM TẮT ........................................................................................................ iii

ABSTRACT ..................................................................................................... iv
MỤC LỤC ......................................................................................................... v
DANH SÁCH CÁC HÌNH .............................................................................. ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................... xiii
Chương 1 TỔNG QUAN .................................................................................. 1
1.1.

Đặt vấn đề, giới thiệu đề tài .................................................................................... 1

1.1.1.

Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1

1.1.2.

Tiềm năng về sợi tự nhiên khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long .................... 2

1.1.3.

Giới thiệu về đề tài ........................................................................................... 4

1.2.

Nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................................................. 5

1.2.1.

Nghiên cứu nước ngoài .................................................................................... 5

1.2.2.


Nghiên cứu trong nước .................................................................................... 8

1.3.

Mục tiêu đề tài ......................................................................................................... 8

1.4.

Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu ...................................................... 9

1.4.1.

Đối tượng nghiên cứu: ..................................................................................... 9

1.4.2.

Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 9

1.4.3.

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 9

1.4.4.

Nội dung của luận văn ..................................................................................... 9

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................... 10
2.1.


Sự làm việc của sợi trong bê tông nền .................................................................. 10

2.1.1. Sự tương tác giữa sợi - vật liệu nền ................................................................... 10
2.1.2. Tương tác giữa sợi - vật liệu nền chưa nứt ........................................................ 11
v


2.1.3. Tương tác giữa sợi - vật liệu nền đã nứt ............................................................ 15
2.1.4. Quá trình phát triển vết nứt ................................................................................ 16
2.2.

Một số tính chất của bê tơng cốt sợi...................................................................... 18

2.2.1. Kiểu sợi .............................................................................................................. 18
2.2.2. Hàm lượng sợi trong hỗn hợp bê tông ............................................................... 18
2.2.3. Sự định hướng sợi trong hỗn hợp bê tông ......................................................... 19
2.2.4. Cốt liệu lớn nhất................................................................................................. 19
2.3.

Các thí nghiệm thực hiện ...................................................................................... 20

2.3.1.

Thí nghiệm nén xác định cường độ nén ......................................................... 20

2.3.2.

Thí nghiệm uốn 4 điểm xác định cường độ kéo do uốn ................................ 22

2.3.3.


Thí nghiệm xác định độ linh động ................................................................. 24

2.3.4.

Kiểm tra bề rộng vết nứt ................................................................................ 25

Chương 3 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM ......................................................... 26
3.1.

Vật liệu thí nghiệm ................................................................................................ 26

3.1.1. Sợi xơ dừa .......................................................................................................... 26
3.1.2. Xử lý sợi xơ dừa bằng NAOH ........................................................................... 26
3.1.3. Sợi rơm .............................................................................................................. 27
3.1.4. Sợi lục bình ........................................................................................................ 28
3.1.5. Cát ...................................................................................................................... 29
3.1.6. Xi măng.............................................................................................................. 29
3.1.7. Nước .................................................................................................................. 30
3.2.

Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm ................................................................................. 30

3.2.1. Ván khn .......................................................................................................... 30
3.2.2. Máy trộn ............................................................................................................. 31
3.2.3. Dụng cụ đo độ sụt .............................................................................................. 31
3.2.4. Máy nén, uốn bê tơng ........................................................................................ 32
3.3.

Cấp phối thí nghiệm .............................................................................................. 33

vi


3.3.1. Cấp phối vữa xi măng cát mác 100 .................................................................... 33
3.3.2. Cấp phối vữa xi măng cát mác 300 (M300) ...................................................... 35
3.4.

Tạo mẫu thí nghiệm và dưỡng hộ ......................................................................... 38

3.4.1. Tạo mẫu thí nghiệm ........................................................................................... 38
3.4.2. Dưỡng hộ ........................................................................................................... 40

Chương 4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .............................................................. 41
4.1.

Kết quả thử nghiệm độ linh động của vữa ............................................................ 41

4.2.

Kết quả thử nghiệm cường độ nén ........................................................................ 41

4.2.1. Vữa mác 100 ...................................................................................................... 41
4.2.2. Vữa mác 300 ...................................................................................................... 45
4.3.

Kết quả thử nghiệm cường độ kéo do uốn ............................................................ 55

4.3.1. Vữa mác 100 ...................................................................................................... 55
4.3.2. Vữa M300 .......................................................................................................... 57
4.4.


Kết quả kiểm tra vết nứt và độ phân tán của sợi ................................................... 66

4.4.1.

Kết quả kiểm tra vết nứt lớn nhất khi uốn gãy như sau: ................................ 66

4.4.2.

Về độ phân tán của sợi ................................................................................... 67

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ MỞ RỘNG ......................................................... 68
5.1.

Kết luận ................................................................................................................. 68

5.2.

Hạn chế của đề tài ................................................................................................. 69

5.3.

Mở rộng ................................................................................................................. 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 70
TIÊU CHUẨN THAM KHẢO ....................................................................... 72

vii



DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nghĩa Tiếng Việt

BT

Bê tông

BTCS

Bê tông cốt sợi

BTCT

Bê tông cốt thép

ĐBSCL

Đồng bằng Sông Cửu Long

HCMUTE

Đại học Sư phạm kỹ thuật TP HCM

M100

Mác 100

M300


Mác 300

Rku

Cường độ chịu kép do uốn

Rn

Cường độ chịu nén

SXD

Sợi xơ dừa

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

VLXD

Vật liệu xây dựng

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Hình ảnh cây dừa
Hình 1.2: Các sản phẩm liên quan đến xơ dừa
Hình 1.3: Hình ảnh về sợi rơm, rạ

Hình 1.4: Cây lục bình
Hình 1.5: Các hình ảnh về sợi lanh
Hình 1.6: Thí nghiệm va đập bằng bi rơi tự do
Hình 2.1: Mơ hình sự kéo tuột sợi tại bê mặt liên kết sợi vật liệu nên của BTCS
Hình 2.2: Mặt phân cách của vật liệu nền - sợi khi vật liệu nền chưa nứt
Hình 2.3: Mô tả sợi trong vật lỉệu nền - biến dạng và ứng suất xung quanh sợi
Hình 2.4: Sự phân bố của sợi trong bê tơng
Hình 2.5: Sơ đồ biểu diễn ứng suất trượt - chuyển vị
Hình 2.6: Phân bổ ứng suất trượt tại mặt phân cách dọc theo giao điểm của vết nứt
với sợi sau khi nứt
Hình 2.7: Hình dạng sợi bị mất bám dính một phần và ứng suất trượt tại mặt phân
cách
Hình 2.8: Sơ đồ ứng suất - biến dạng của BTCS
Hình 2.9: Ảnh hưởng của cỡ hạt đối với sự định hướng sợi và tính cơng tác của sợi
Hình 2.10: Thí nghiệm nén
Hình 2.11: Thí nghiệm uốn
Hình 2.12: Thí nghiệm độ sụt
Hình 2.13: Kiểm tra bề rộng vết nứt
Hình 3.1: Sản xuất xơ dừa
Hình 3.2: NaOH 99% (Xút vẫy)
Hình 3.3: Xử lý xơ dừa bằng NaOH
Hình 3.4: Sợi rơm
ix


Hình 3.5: Thu hoạch và phơi lục bình
Hình 3.6: Lục bình phơi khơ, xé nhỏ và cắt ngắn
Hình 3.7: Cát sơng
Hình 3.8: Xi măng PCB40
Hình 3.9: Nước sinh hoạt

Hình 3.10: Khn mẫu nén
Hình 3.11: Khn mẫu uốn
Hình 3.12: Máy trộn
Hình 3.13: Cơn đo độ sụt
Hình 3.14: Máy nén bê tơng
Hình 3.15: Gối uốn bê tơng
Hình 3.16: Cấp phối cho 1 mẻ trộn
Hình 3.17: Chế tạo mẫu thí nghiệm
Hình 3.18: Dưỡng hộ mẫu
Hình 3.19: Lưu giữ mẫu
Hình 4.1: Rn (M100) tại 7 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD chưa xử lý
Hình 4.2: So sánh Rn (M100) tại 7 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD chưa xử lý
Hình 4.3: Rn (M100) tại 7 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD đã xử lý
Hình 4.4: So sánh Rn (M100) tại 7 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD 2 - 3cm đã xử
lý và chưa xử lý
Hình 4.5: So sánh Rn (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD chưa xử lý
Hình 4.6: So sánh Rn (M300) giữa mẫu BT SXD chưa xử lý
Hình 4.7: So sánh Rn (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD độ dài 1 2cm và 2 - 3cm với hàm lượng 3%
Hình 4.8: So sánh Rn (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD đã xử lý
Hình 4.9: So sánh Rn (M300) mẫu BT SXD dài 1 - 2cm và 2 - 3cm đã qua xử lý
x


Hình 4.10: So sánh Rn (M300) của mẫu BT SXD đã và chưa qua xử lý
Hình 4.11: So sánh Rn (M300) tại 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD (chưa xử lý và đã
xử lý) và sợi lanh
Hình 4.12: So sánh Rn (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT sợi lục bình
Hình 4.13: So sánh Rn (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT sợi rơm
Hình 4.14: So sánh Rn (M300) tại 7 ngày tuổi của mẫu BT với các loại sợi khác nhau,
khơng qua xử lý, độ dài 1 - 2cm

Hình 4.15: So sánh Rn (M300) tại 14 ngày tuổi của mẫu BT với các cốt liệu khác
nhau, không qua xử lý, độ dài 1 - 2cm
Hình 4.16: So sánh Rn (M300) tại 28 ngày tuổi của mẫu BT với các cốt liệu khác
nhau, không qua xử lý, độ dài 1 - 2cm
Hình 4.17: Rku (M100) tại 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD chưa xử lý
Hình 4.18: Rku (M100) tại 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD đã qua xử lý
Hình 4.19: So sánh Rku (M100) tại 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD đã và chưa qua xử
lý bằng NaOH
Hình 4.20: So sánh Rku (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD chưa xử
lý
Hình 4.21: So sánh Rku (M300) giữa mẫu BT SXD chưa xử lý
Hình 4.22: So sánh Rku (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD dài đã xử
lý
Hình 4.23: So sánh Rku (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD đã xử lý
Hình 4.24: So sánh Rku (M300) của mẫu BT SXD đã và chưa qua xử lý
Hình 4.25: So sánh Rku (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT sợi lục bình
Hình 4.26: So sánh Rku (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT sợi rơm
Hình 4.27: So sánh Rku (M300) tại 7 ngày tuổi của mẫu BT mác 300 với các loại sợi
khác nhau, không qua xử lý, độ dài 1 - 2cm
Hình 4.28: So sánh Rku (M300) tại 14 ngày tuổi của mẫu BT mác 300 với các cốt
liệu khác nhau, không qua xử lý, độ dài 1 - 2cm
xi


Hình 4.29: So sánh Rku (M300) tại 28 ngày tuổi của mẫu BT mác 300 với các cốt
liệu khác nhau, khơng qua xử lý, độ dài 1 - 2cm
Hình 4.30: Bề rộng vết nứt khi uốn gãy
Hình 4.31: Độ phân tán của sợi xơ dừa

xii



DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng tra hệ số tính đổi kích thước mẫu nén khác chuẩn
Bảng 2.2: Bảng tra hệ số tính đổi kích thước mẫu dầm khác chuẩn
Bảng 3.1: Thành phần cấp phối vữa M100 (vữa nền M100)
Bảng 3.2: Thành phần cấp phối vữa M100 sợi xơ dừa không xử lý dài 1 - 2cm
Bảng 3.3: Thành phần cấp phối vữa M100 sợi xơ dừa không xử lý dài 2 - 3cm
Bảng 3.4: Thành phần cấp phối vữa M100 sợi xơ dừa xử lý NaOH dài 1 - 2cm
Bảng 3.5: Thành phần cấp phối vữa M100 sợi xơ dừa xử lý NaOH dài 2 - 3cm
Bảng 3.6: Thành phần cấp phối vữa M300 (vữa nền M300)
Bảng 3.7: Thành phần cấp phối vữa M300 sợi xơ dừa không xử lý dài 1 - 2cm
Bảng 3.8: Thành phần cấp phối vữa M300 sợi xơ dừa không xử lý dài 2 - 3cm
Bảng 3.9: Thành phần cấp phối vữa M300 sợi xơ dừa xử lý NaOH dài 1 - 2cm
Bảng 3.10: Thành phần cấp phối vữa M300 sợi xơ dừa xử lý NaOH dài 2 - 3cm
Bảng 3.11: Thành phần cấp phối vữa M300 sợi rơm không xử lý dài 1 - 2cm
Bảng 3.12: Thành phần cấp phối vữa M300 sợi lục bình khơng xử lý dài 1 - 2cm
Bảng 4.1: Độ sụt vữa M100
Bảng 4.2: Rn (M100) tại 7 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD chưa xử lý
Bảng 4.3: Rn (M100) tại 7 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD đã xử lý
Bảng 4.4: Rn (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD chưa xử lý
Bảng 4.5: Rn (300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD đã xử lý
Bảng 4.6: Rn (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT sợi lục bình
Bảng 4.7: Rn (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT sợi rơm
Bảng 4.8: Rku (M100) tại 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD chưa xử lý
Bảng 4.9: Rku (M100) tại 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD đã xử lý NaOH
Bảng 4.10: Rku (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD chưa qua xử lý
xiii



Bảng 4.11: Rku (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT SXD đã xử lý
Bảng 4.12: Rku (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT sợi lục bình
Bảng 4.13: Rku (M300) tại 7, 14 và 28 ngày tuổi của mẫu BT sợi rơm
Bảng 4.14: Bảng đo độ rộng vết nứt lớn nhất khi uốn gãy

xiv


Chương 1

TỔNG QUAN
1.1.

Đặt vấn đề, giới thiệu đề tài

1.1.1. Đặt vấn đề
Trong lĩnh vực xây dựng hiện nay một trong những loại vật liệu xây dựng phổ
biến đóng vai trị rất quan trọng trong ngành xây dựng cơng trình đó chính là bê tơng.
Bê tơng là loại vật liệu xây dựng phổ biến trên thế giới và trong nước, bê tông được
ứng dụng để xây dựng hầu hết các loại cơng trình dân dụng, cơng nghiệp, giao thơng,
nơng nghiệp và phát triển nông thôn….Theo số liệu báo cáo tại Hội nghị quốc tế lần
thứ 7 của Liên đồn Bê tơng châu Á (ACF 2018) ước tính hàng năm có khoảng 35 tỷ
tấn bê tơng được sản xuất trên tồn cầu. Theo số liệu báo cáo tại Hội nghị thường
niên của Hội Bê tông Việt Nam, năm 2019 Việt Nam sử dụng khoảng 140 triệu tấn
bê tơng, trong đó 50% được sản xuất tại các cơ sở sản xuất bê tông thương phẩm và
50% được sản xuất thủ cơng. Từ đó cho thấy vai trị rất quan trọng của bê tơng trong
lĩnh vực xây dựng.
Bê tông được sử dụng nhiều như thế do có các ưu điểm: rẻ tiền, sử dụng nhiều
vật liệu tại chỗ, dễ tạo hình dáng theo ý muốn, có cường độ chịu nén cao, có khả năng
chịu nhiệt và chịu nước cao. Tuy nhiên, bê tông cũng có một số nhược điểm là loại

vật liệu giịn, có cường độ chịu kéo kém hơn nhiều so với cường độ chịu nén, khả
năng chống nứt kém, trọng lượng bản thân lớn so với sức chịu tải.
Để tăng cường độ chịu kéo của bê tông và tăng khả năng chống nứt của bê
tông người ta thường thêm các loại cốt có khả năng chịu kéo và chống nứt vào bê
tơng như thép, các loại sợi vô cơ hoặc hữu cơ để tăng khả năng chịu kéo và chống
nứt của bê tông. Thép gia cường cho bê tông là loại vật liệu truyền thống được sử
dụng từ rất lâu có ưu điểm khả năng chịu kéo cao, hệ số dãn nở gần bằng với bê tơng,
khả năng dính bám với bê tơng tốt. Tuy nhiên, thép là loại vật liệu có chi phí cao, tiêu
hao nhiều năng lượng, được chế tạo từ khống sản (tài ngun) khơng tái tạo và ngày
càng khan hiếm. Theo Niên giám thống kê năm 2019, Việt Nam sản xuất đạt 25,263
triệu tấn thép, tiêu thụ đạt 23,126 triệu tấn thép.
Có nhiều nghiên cứu, ứng dụng sử dụng các loại vật liệu để thay thế cốt thép
như các loại vật liệu tổng hợp, phi kim loại (sợi polyme, sợi thủy tinh, sợi cacbon…),
1


các loại sợi hữu cơ hay các loại sợi có nguồn gốc tự nhiên. Sợi tự nhiên là nguồn vật
liệu tái tạo sẵn có, thân thiện với mơi trường có khả năng gia cường làm tăng cường
độ chịu kéo và khả năng chống nứt cho bê tông.
1.1.2. Tiềm năng về sợi tự nhiên khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long
Đồng bằng Sông Cửu Long là vùng kinh tế trọng điểm của cả nước trong đó
kinh tế nơng nghiệp đóng vai trò quan trọng của sự phát triển của vùng [1]. Hằng
năm, các loại phụ phẩm trong sản xuất nông nghiệp khu vực Đồng bằng Sông Cửu
Long chưa được sử dụng một cách hiệu quả và bền vững như rơm rạ trong sản xuất
lúa, xơ dừa trong việc sản xuất các sản phẩm ngành dừa hay các loại thực vật hoang
dại có giá trị kinh tế khơng cao như lục bình (bèo tây) gây ảnh hưởng không tốt đến
việc sản xuất nơng nghiệp và mơi trường.
Cây dừa (Hình 1.1) là loại cây trồng lâu năm được trồng phổ biến ở Đồng
bằng Sông Cửu Long. Theo Võ Thị Thanh Lộc [2] cả nước có khoảng 200.000ha diện
tích trồng dừa, trong đó tỉnh Bến Tre chiếm khoảng 25% diện tích, kế đến là ở Trà

Vinh [3] đây là nguồn nguyên liệu dồi dào cho việc phát triển ngành tơ (sợi) xơ dừa.
Theo nguồn Bách khoa toàn thư mở Wikipedia: Xơ dừa là phần của vỏ trái
dừa được xé ra. Loại sản phẩm này sử dụng rộng rãi trong các ngành thủ công mỹ
nghệ hoặc dùng để phủ lên gốc của những cây trồng, giá thể (để trồng rau). Ngồi ra
người ta cịn phát hiện ra rằng xơ dừa có thể được dùng để xử lý nước thải rất tốt.
Sợi xơ dừa (chỉ xơ dừa hay còn gọi là tơ xơ dừa) được sản xuất từ xơ dừa
thơng qua máy đánh tơi hay cịn gọi là máy dập để lấy phần sợi (Hình 1.2.a), phần
bột xơ dừa hay cịn gọi là mụn dừa (Hình 1.2.b) được gom lại chủ yếu làm phân bón
cho cây trồng.

a) Cây dừa

b) Xơ dừa
Hình 1.1: Hình ảnh cây dừa
2

c) Trái dừa


b) Mụn dừa

a) Sợi xơ dừa

Hình 1.2: Các sản phẩm liên quan đến xơ dừa
Rơm hay còn gọi là rạ (Hình 1.3.a) là sản phẩm sau khi thu hoạch từ cây lúa
(Hình 1.3.b), theo Niên giám thống kê năm 2019, cả nước có hơn 7,4 triệu ha diện
tích trồng lúa, trong đó Đồng bằng Sơng Cửu Long chiếm hơn 50% với hơn 4,0 triệu
ha và sản lượng lúa năm 2019 ở Đồng bằng Sông Cửu Long đạt hơn 24 triệu tấn.
Theo Trần Sỹ Nam [4], tỷ lệ rơm rạ : lúa khoảng xấp xỉ 1,0, cho ta thấy hàng năm có
khoảng 24 triệu tấn rơm được thu hoạch. Tuy nhiên xu hướng xử dụng rơm của người

dân trên 50% là đố bỏ, cịn lại là làm phân bón, bán hoặc chăn nuôi.
Từ các dẫn chứng trên cho thấy, lượng rơm rạ phát sinh ở ĐBSCL hằng năm
là rất lớn trong khi lượng rơm rạ này hầu hết đều bị đốt bỏ. Việc này gây lãng phí
nguồn sinh khối dồi dào từ nơng nghiệp và phát thải một lượng lớn khí CO2, CO,
NOx vào bầu khí quyển.
Việc nghiên cứu các biện pháp tận dụng nguồn rơm rạ sau thu hoạch nhằm
hạn chế việc đốt rơm gây lãng phí nguồn tài nguyên sinh khối và ô nhiễm môi trường.

a) Sợi rơm

b) Cây lúa

a) Rơm

b) Cây lúa

Hình 1.3: Hình ảnh về sợi rơm, rạ
3


Cây lục bình (bèo tây) có nguồn gốc bản địa từ Nam Mỹ và được du nhập
vào Việt Nam vào những năm 1905. Bèo tây vốn sinh sản rất nhanh, đặc biệt ở những
vùng sơng nước. Do đó, sau khi vào nước ta, cây phát triển ở khắp mọi nơi, đặc biệt
là vùng sông nước Đồng bằng Sông Cửu Long.
Cây lục bình (Hình 1.4) là loại thực vật thủy sinh, thân thảo, sống nổi ở nước
hoặc những nơi ẩm ướt. Cây mọc cao khoảng 30 cm. Lá cây có màu xanh lục, hình
trịn, bề mặt nhẵn. Gân lá có hình cung dài, hẹp. Lá thường cuốn vào nhau như những
cánh hoa, cuống lá nở phình như bong bóng xốp ruột.
Trước đây, lục bình sinh sản nhiều gây cản trở lưu thông thủy, gây ô nhiễm
nguồn nước làm hạn chế sự phát triển của cá. Hiện nay, lục bình chủ yếu để phơi khơ

để làm đồ thủ cơng mỹ nghệ. Ngồi ra, có một số nghiên cứu sử dụng lục bình để làm
nguyên liệu nạp bổ sung cho hầm ủ bioga [5].

a) Cây lục bình tươi

b) Lục bình phơi khơ

Hình 1.4: Cây lục bình
1.1.3. Giới thiệu về đề tài
Từ những đặc điểm, ưu điểm cũng như nhược điểm của bê tông truyền thống,
nhiều nhà khoa học trong nước và thế giới đã khơng ngừng nghiên cứu nhằm cải thiện
các đặc tính của bê tơng theo từng mục đích cụ thể. Ngồi việc nghiên cứu các cơng
nghệ thi cơng hiện đại thì việc nghiên cứu các thành phần cấp phối bê tông luôn được
các nhà khoa học nghiên cứu sâu để phục vụ cho từng loại cơng trình.
Thành phần chủ yếu của bê tông truyền thống là cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ,
chất kết dính. Ngun lý hình thành cường độ của bê tơng là chất kết dính bao bọc
4


cốt liệu nhỏ, cốt liệu nhỏ chèn vào độ rỗng giữa các cốt liệu lớn hơn. Do đó bê tơng
thường xuất hiện các vết nứt giữa các hạt cốt liệu. Giải pháp để tăng khả năng chống
nứt của bê tông là tăng cường các loại sợi vào thành phần của bê tông.
Vấn đề đặt ra là sử dụng loại sợi vừa cải thiện được các tính chất của bê tơng
truyền thống vừa thân thiện với mơi trường, có khả năng tái tạo và ít ảnh hưởng đến
tài ngun khống sản. Sợi hữu cơ là một loại sợi đáp ứng được các yêu cầu đó như
có khả năng chịu kéo tốt, thân thiện với mơi trường, có thể tái tạo theo nhu cầu của
con người.
Có nhiều nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng sợi hữu cơ để cải thiện một
số tính chất của bê tơng như sợi tre, xơ dừa, sợi đai, sợi gai dầu, sợi nấm…. đã đạt
được những kết quả khả quan nhưng vẫn còn những hạn chế nhất định nên các nghiên

cứu vẫn được tiếp tục tiến hành để giải quyết những hạn chế ấy.
Sau khi nghiên cứu các kết quả đạt được trước đây, kết hợp với tiềm năng về
sợi tự nhiên Đồng bằng Sông Cửu Long, học viên đề xuất bước đầu sử dụng loại sợi
tự nhiên là sợi xơ dừa, xợi rơm và xợi lục bình để làm luận văn tốt nghiệp với tên đề
tàì là: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG SỢI TỰ NHIÊN
KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
1.2.

Nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1. Nghiên cứu nước ngoài
C.Bey và các cộng sự [6] đã nghiên cứu về sợi lanh như sau: Sợi lanh, có
nguồn gốc từ tài nguyên tái tạo là một thay thế thú vị cho sợi khoáng sản. Chi phí
thấp cùng với mật độ thấp, độ cứng đặc biệt cao và khả năng tái chế tạo thành các ưu
đãi lớn cho việc sử dụng chúng trong vật liệu tổng hợp.
Sợi lanh trong tự nhiên có khả năng chịu kéo tăng theo độ ẩm và giảm theo
nhiệt độ, trong khi mô đun đàn hồi giảm khi nước được hấp thụ. Các ảnh hưởng của
độ ẩm là đáng chú ý nhất trên độ giãn dài.
Cấu trúc sợi lanh được lắp ráp thành bó 10 - 40 sợi được duy trì cùng nhau bởi
thớ (Hình 1.5.a). Một đặc điểm chung của sợi tự nhiên là khơng đồng nhất về kích
thước hình học. Sợi lanh thể hiện một đa giác hình dạng với 5 mặt 7 như được phác
họa (Hình 1.5.b) và hiển thị trên hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (Hình 1.5.c). Quan
sát theo chiều dọc của một sợi cho thấy kích thước ngang khơng liên tục. Các sợi dày
5


hơn gần gốc và mỏng hơn gần đầu. Trung bình, một sợi có chiều rộng 19μm và chiều
dài 33mm. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý kích thước hình học bị phân tán. Các
kích thước ngang trong phạm vi 5 - 76μm và dọc nằm trong khoảng 4–77 mm.


a)

b)

c)
Hình 1.5: Các hình ảnh về sợi lanh

Trên cơ sở phân tích các thí nghiệm kéo sợi lanh, C.Bey và các cộng sự đã
đưa ra kết luận:
- Kiến thức về hành vi của sợi lanh là cần thiết để sử dụng như một cốt thép
của vật liệu composite. Hai hiện tượng nổi bật trên ứng xử đàn hồi sợi lanh: (1) mơ
đun đàn hồi giảm với đường kính sợi; (2) mơ đun đàn hồi tăng theo hướng dọc
trong quá trình kiểm tra độ bền kéo.
- Việc sử dụng sợi lanh để gia cường cho vật liệu nền cần phải lựa chọn kỹ
lưỡng sợi lanh theo vùng miền, theo mùa để kiểm soát các khuyết tật và sự đồng nhất
của sợi lanh.
G. Ramakrishna và các cộng sự [7] đã có nghiên cứu về so sánh cường độ chịu
va đập của một số tấm vữa xi măng cốt sợi tự nhiên:
Các tác giả trình bày các nghiên cứu thử nghiệm về khả năng chống tải trọng
va đập (Hình 1.6) của tấm vữa xi măng (1: 3, kích thước: 300mm x 300mm x 20 mm)
được gia cố bằng bốn sợi tự nhiên: xơ dừa, sợi gai, đay, cây dâm bụt và chịu tác động
của tải trọng va đập sử dụng bài kiểm tra đạn bắn đơn giản. Bốn hàm lượng sợi khác
nhau (0,5%, 1,0%, 1,5% và 2,5% so với trọng lượng xi măng) và xem xét ba chiều
dài sợi (20 mm, 30mm và 40mm). Kết quả thu được cho thấy rằng việc bổ sung các
6


sợi tự nhiên nói trên có tăng khả năng chống va đập lên gấp 3 - 18 lần so với tấm vữa
tham chiếu (tức là tấm trơn). Trong số bốn loại sợi, tấm vữa được gia cường xơ dừa
đã cho thấy hiệu suất tốt nhất dựa trên tập hợp các chỉ số được chọn, như là sức kháng

va đập (Ru), hệ số cường độ va đập còn lại (Irs), hệ số kháng vết nứt va đập (Cr) và
tình trạng của sợi khi phá hoại tới hạn.

Hình 1.6: Thí nghiệm va đập bằng bi rơi tự do
Emma Boghossian và cộng sự [8] đã có nghiên cứu sử dụng sợi lanh để giảm
nứt co ngót dẻo trong bê tơng:
Một cuộc điều tra thử nghiệm đã được thực hiện để đo các đặc tính co rút dẻo
bị hạn chế và khơng bị hạn chế của các mẫu vữa nhỏ chứa các sợi lanh ngắn (chiều
dài 10 - 38 mm) với hàm lượng từ 0,05% đến 0,3% theo thể tích. Dựa trên số lượng
vết nứt, tổng diện tích vết nứt và chiều rộng vết nứt tối đa được tạo ra trong vòng 24
giờ đầu tiên sau khi đúc và tiếp xúc với điều kiện nóng, khơ và gió, sợi lanh được
phát hiện có hiệu quả hơn một chút trong việc kiểm soát vết nứt co ngót dẻo so với
sợi polypropylen và sợi thủy tinh cho hỗn hợp vữa nghiên cứu. Ở hàm lượng thể tích
sợi lanh là 0,3%, tổng diện tích vết nứt đã giảm ít nhất 99,5% so với mẫu vữa trơn và
chiều rộng vết nứt tối đa đã giảm ít nhất 98,5% xuống dưới 0,022mm. Chiều dài sợi
không ảnh hưởng đáng kể đến hành vi nứt, cũng như sự hiện diện của sợi lanh ảnh
hưởng đáng kể đến các chủng co rút nhựa tự do quan sát được.
Holmer Savastano Jr và cộng sự [9] đã nghiên cứu về bê tông cốt sợi thực vật
bao gồm sợi xơ dừa, sợi gai dầu và sợi bạch đàn đã đưa ra kết luận:
- Cốt liệu môđun đàn hồi thấp (như sợi nhựa và sợi cellulose) cải thiện năng
lượng hấp thụ vật liệu tổng hợp trong giai đoạn sau nứt như mục đích chính của họ.
7


- Bê tông cốt sợi gỗ (WFRC) phù hợp sử dụng cho các loại vách ngăn, tấm
mỏng có cường độ chịu nén khoảng 20Mpa.
1.2.2. Nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam có nhiều nghiên cứu về bê tơng cốt sợi và đặc biệt là bê tông cốt
sợi thép [10]. Tuy nhiên chưa có nhiều nghiên cứu về bê tơng sợi tự nhiên
Nguyễn Văn Chánh và cộng sự [11, 12] đã nghiên cứu và chế tạo bê tông cốt

sợi trên nền vật liệu xây dựng địa phương đã đưa ra kết luận:
- Tính chất hỗn hợp và tính chất cơ học của BTCS phụ thuộc nhiều vào hàm
lượng sợi và loại sợi sử dụng. Tính cơng tác của hỗn hợp BTCS thường giảm xuống
khi sử dụng sợi phân tán. Khi sử dụng sợi thép thì các tính chất cơ học (nén, kéo, uốn
và dẻo dai) của bêtông đều tăng lên đáng kể so với bêtông thường. Sử dụng loại sợi
mềm (sợi tổng hợp, sợi bazan) hầu như không làm thay đổi các tính chất cơ học của
bêtơng khi sử dụng với hàm lượng sợi 0,5 – 2%, tuy nhiên tính chất dẻo dai của
bêtông lại được cải thiện khi sử dụng loại sợi này.
- Cần phát triển sản xuất và ứng dụng BTCS nền vật liệu địa phương trong
nước để chế tạo đa dạng hóa chủng lọai VLXD. Nghiên cứu áp dụng thí điểm BTCS
để chế tạo những cấu kiện lớn, và nghiên cứu các tính chất của những cấu kiện này
trong điều kiện làm việc cụ thể của cơng trình xây dựng.
Nguyễn Hùng Minh và cộng sự [13] đã nghiên cứu thành phần vật liệu xi măng
– cát – cốt sợi Polyme cho sản xuất ngói lợp đã đưa ra kết luận:
- Có thể sử dụng vữa xi măng cát gia cường bằng cốt sợi Polyme với thành
phần vật liệu hợp lý để sản xuất ngói bằng cơng nghệ cán ép liên tục cho sản phẩm
có chất lượng cao, đạt yêu cầu của JIS JIS-A-5402: 2002 thay cho ngói đất sét nung.
Hồng Xn Niên [14] đã nghiên cứu xác định thơng số công nghệ tạo
composite từ sợi xơ dừa với chất nền là nhựa HDPE đã đưa ra kết luận:
Sợi xơ dừa rối và nhựa phế liệu HDPE là 2 vật liệu tạo nên cấu trúc vật liệu
composite cốt sợi thực vật có chất lượng tốt. Các thơng số chất lượng cơ bản của
composite nhựa – xơ dừa đạt các chỉ tiêu vật liệu làm đồ mộc, nội thất, xây dựng và
có khả năng chịu tải trong điều kiện ẩm theo TCVN 7754-5:2007.
1.3.

Mục tiêu đề tài

8



- Tìm ra loại sợi tự nhiên khu vực ở Đồng bằng Sơng Cửu Long có thể cải
thiện tính chất cơ lý của bê tông;
- Ứng dựng sợi tự nhiên vào thực tế nhằm tận dụng các phế phẩm nông nghiệp
và góp phần bảo vệ mơi trường
1.4.

Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu các đặc tính cơ lý của bê tơng sợi xơ dừa, rơm, lục bình ở Đồng
bằng Sơng Cửu Long
1.4.2. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu sản lượng và các đặt tính của một số loại sợi tự nhiên phổ biến
ở Đồng bằng Sơng Cửu Long;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hình thái (độ dài), hàm lượng, trạng thái của các
loại sợi đến các tính chất cơ lý như cường độ nén, cường độ chịu kéo do uốn, độ linh
động và khả năng hạn chế vết nứt của bê tông M100 và M300
1.4.3. Phương pháp nghiên cứu
- Tổng quan, thống kê các nghiên cứu hiện có.
- Thí nghiệm thực tế một số mẫu có tỷ lệ, thành phần sợi tự nhiên khác nhau:
thí nghiệm nén, uốn 4 điểm, độ sụt và đo bề rộng vết nứt
- Tổng hợp số liệu thí nghiệm thực tế;
- So sánh với các nghiên cứu đã công bố.
1.4.4. Nội dung của luận văn
-

Chương 1. TỔNG QUAN

-


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

-

Chương 3. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

-

Chương 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

-

Chương 5. KẾT LUẬN VÀ MỞ RỘNG

-

TÀI LIỆU THAM KHẢO, TIÊU CHUẨN THAM KHẢO

9


Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Theo Nguyễn Viết Trung [10], việc dùng sợi để tăng cường khả năng chịu
lực cho bê tông xi măng là một ý tướng được đề ra từ rất lâu. Bê tông cốt sợi đã được
bắt đầu nghiên cứu từ đầu những năm 1960. Ngày nay các dạng kết cấu như: dầm,
bản, vỏ bằng bê tông xi măng hoặc bê tơng cốt thép có gia cường bằng sợi thép nhỏ,
sợi polyme, sợi thủy tinh bền kiềm, sợi cacbon, sợi gỗ, sợi thực vật đã được nghiên
cứu và sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như bước đầu được quan tâm ở nước ta.

2.1.

Sự làm việc của sợi trong bê tông nền

2.1.1. Sự tương tác giữa sợi - vật liệu nền
Sự tương tác giữa sợi và vật liệu nền là vấn đề cơ bản tạo ra chất lượng của
bê tông cốt sợi. Hiểu được sự tương tác này sẽ đánh giá được chất lượng của vật liệu
nền, vai trị của sợi và dự đốn khả năng cơ học của bê tơng cốt sợi. Có nhiều yếu tố
ảnh hướng đến sự tương tác giữa sợi và vật liệu nền: Điều kiện, trạng thái của vật liệu
nền khi chưa nứt hay đã nứt; Thành phần vật liệu nền; Hình dạng sợi, đặc điểm bề
mặt sợi, tính chất của sợi; Tính đẳng hướng hay bố trí ngẫu nhiên của sợi; Tính bền
của sợi trong mơi trường bê tơng.
Hiệu quả của sợi là nâng cao tính chất cơ học trong vật liệu nền xi măng trong
hai quá trình: Quá trình truyền tải trọng từ vật liệu nền sang sợi; Sự ảnh hưởng bắc
cầu của sợi qua vết nứt xuất hiện khi tăng tải trọng của vật liệu nền. Khi bê tông bị
kéo dưới các tải trọng khác nhau, bao gồm cả q trình mỏi, các vết nứt vi mơ sẽ lan
rộng theo bề mặt của cốt liệu và một phần ở khối bê tơng xung quanh cốt liệu.
Vì khối bê tơng chứa hồ xi măng và các cốt liệu nhỏ hơn nên trong đó các
sợi được trộn và sắp xếp một cách ngẫu nhiên dù chúng có thể bị thay đổi bởi vị trí
tương đối của cốt liệu thơ. Khối bê tông trở thành hỗn hợp được tăng cường bởi sợi.
Các sợi tăng cường giới hạn chịu kéo có thể gây ra nứt ban đầu trong hỗn hợp, tuy
nhiên mức độ chịu kéo còn phụ thuộc vào số lượng và hiệu quả của sợi tại vùng có
thể xuất hiện đỉnh vết nứt.
Mô phỏng sự tương tác giữa sợi và vật liệu nền dựa trên hình dạng của lực
kéo tuột đơn giản (Hình 2.1).
10


Hình 2.1: Mơ hình sự kéo tuột sợi tại bê mặt liên kết sợi vật liệu nền của BTCS
Các quá trình liên quan đến sự tương tác giữa sợi và vật liệu nền chủ yếu xảy

ra trong vùng tương đối nhỏ xung quanh sợi và vật liệu nền. Vật liệu nền là giòn nên
ảnh hưởng sự truyền ứng suất sẽ được nghiên cứu cho cả hai trường hợp: trước khi
nứt và sau khi nứt, vì thế các quá trình cũng hoàn toàn khác nhau tương ứng với hai
trường hợp.
Trước khi xảy ra bất cứ vết nứt nào, sự truyền ứng suất đàn hồi là một cơ chế
quan trọng đầu tiên, sự chuyển vị theo phương dọc giữa sợi và vật liệu nền tại mặt
phân cách được thể hiện rõ rệt. Sự truyền ứng suất trượt đàn hồi là cơ chế chính, được
dùng để dự đốn giá trị ứng suất tại vết nút đầu tiên. Sự phân bố ứng suất trượt đàn
hồi dọc theo mặt phân cách giữa sợi và vật liệu nền là không đồng nhất.
2.1.2. Tương tác giữa sợi - vật liệu nền chưa nứt
Dạng tương tác này xảy ra trong hầu hết bê tông cốt sợi suốt giai đoạn tác
dụng tải trọng ban đầu. Trong một số trường hợp, chẳng hạn các dạng tấm mỏng, bê
tông cốt sợi vẫn chưa nứt suốt quá trình đưa vào sử dụng, còn trong hầu hết các trường
hợp vật liệu nền sẽ nứt trong quá trình sử dụng. Sự tương tác giữa sợi - vật liệu nền
chưa nứt có giới hạn trong ứng dụng thực tế. Một hệ sợi - vật liệu nền đơn giản có
chứa một sợi đơn được biểu diễn ở Hình 2.2.
Trong giai đoạn khơng có tải trọng, ứng suất trong cả sợi và vật liệu nền
được giả thiết bằng không. Đặt tải gây kéo hay nén lên bê tông cốt sợi dẫn đến tăng
ứng suất và mất liên kết.
Trong vật liệu nền xi măng, sự hydrat hóa của xi măng sẽ gây ra tăng ứng
suất trong sợi - vật liệu nền. Khi vật liệu nền chịu tải trọng, một phần tải trọng được
truyền qua sợi. Bởi vì sợi và vật liệu nền có độ cứng khác nhau nên ứng suất trượt
11


phát triển dọc theo bề mặt sợi. Nếu sợi có độ cứng lớn hơn độ cứng của vật liệu nền
thì sự mất liên kết trên bề mặt sợi và xung quanh sợi sẽ nhỏ như trên Hình 2.2a, 2.2b,
2.2c. Trường hợp này chỉ xảy ra với thép và sợi khoáng vật. Nếu mô đun của sợi nhỏ
hơn mô đun của vật liệu nền, sự mất liên kết xung quanh sợi sẽ cao hơn, điều này xảy
ra đối với sợi polyme và sợi thiên nhiên.

Sự truyền ứng suất đàn hồi hiện diện trong bê tơng cốt sợi chưa nứt cũng
như có trong vật liệu nền và sợi trong giai đoạn đàn hồi. Hiệu ứng ứng suất - biến
dạng đối với vật liệu nền có thể đưa ra khả năng phi đàn hồi và phi tuyến tính trước
khi vật liệu phá hỏng. Phương trình tốn học đã phát triển cho cả ứng suất trượt tại
mặt phân cách τ và ứng suất dọc σf theo chiều dài sợi. Dựa vào một số giả thuyết để
đơn giản hóa vấn đề là: (1) Vật liệu nền và sợi cả hai đều ở giai đoạn đàn hồi; (2) Mặt
phân cách giữa vật liệu nền và sợi là mỏng; (3) Bề mật phân cách được xem như là
liên kết hồn hảo; (4) Sợi được sắp xếp có quy luật; (5) Biến dạng kéo của vật liệu
nền εm tại vùng bám dính chứa sợi là tương đương biến dạng kéo của bê tơng cốt sợi.

Hình 2.2: Mặt phân cách của vật liệu nền - sợi khi vật liệu nền chưa nứt:
a) Chưa chất tải; b) Vật liệu nền chịu kéo; c) Vật liệu nền chịu nén

Hình 2.3: Mơ tả sợi trong vật lỉệu nền - biến dạng và ứng suất xung quanh sợi:
a) Dạng hình học biến dạng của vật liệu nền xung quanh sợi trước và sau khi tải tác
dụng; b) Phân bố ứng suất trượt đàn hồi tại mặt phân cách và phân bố ứng suất kéo.
Sự phân bố ứng suất trượt τ tại khoảng cách x tính từ đầu sợi được diễn tả:
12


1


2
1 
sinβ1  -x 


Gm
2 

 x
τ  x  =E f ε m 
1
 2E ln  R  
cosβ1
 f  r  
2




2G m

β1 = 
 2E r 2 ln  R  
 
 f
 r 

(1)

1
2

(2)

Trong đó:
Em, Ef: Mơ đun đàn hồi của vật liệu nền, sợi.
Gm: Mô đun đàn hồi trượt của vật liệu nền tại mặt phân cách.
l: Chiều dài sợi.

R: Bán kính của vật liệu nền xung quanh sợi.
r: Bán kính của sợi.
εm: Biến dạng kéo của vật liệu nền.
Tỉ số giữa R/r tùy thuộc vào tỉ lệ thể tích sợi và sự sắp xếp sợi (hình 3.4).
Phân bố sợi 1 và 2 phương: ln(R/r) = 1/2*ln (π/Vf)

(4)

Phân bố sợi 3 phương: ln(R/r) = 1/2*ln(2π/(3Vf)1/3)

(5)

Ứng suất dọc trục trong sợi σf(x) được tính theo cơng thức:

 1 
1-cosβ1  2 -x  


σ f  x  =E f ε m 
1
 cos  β  
 1  

 2 

(6)

Phân bố ứng suất dọc trục σf(x) và ứng suất trượt τ(x) đều là phi tuyến
dọc theo chiều dài sợi.
Việc thiết lập phương trình (4), (5), (6) đều dựa vào các giả thuyết nêu ở

trên. Các phương trình này cho phép ta tính được ứng suất trong sợi và sự
đóng góp của sợi trong bê tơng cốt sợi.
Trong trường hợp có nhiều sợi, người ta sắp xếp chúng theo một dạng
được dự đốn trước mà giữa chúng khơng có sự tương tác (Hình 2.4).
Tại giai đoạn đủ tải trọng xảy ra sự mất liên kết dọc theo mặt phân cách,
nên quá trình truyền ứng suất sẽ trở thành quá trình trượt ma sát (τfu). Trong trường
hợp này sẽ có chuyển vị tương đối giữa sợi và vật liệu nền, và có ứng suất trượt ma
sát.
13