Composite xi măng kỹ thuật (ECC), còn được gọi là composite gốc xi măng chịu ứng suất biến dạng hoặc phổ biến hơn là bê tông uốn cong. Đây là một loại composite gốc vữa dễ đúc được gia cố bằng các sợi ngắn ngẫu nhiên được lựa chọn đặc biệt, thường là sợi polyme.

Composite xi măng không giống như bê tông cốt sợi thông thường mà là một họ vật liệu được thiết kế vi cơ học. Sản phẩm này có nhiều tính chất độc đáo, bao gồm tính chất chịu kéo vượt trội so với các vật liệu composite gia cường sợi khác, dễ gia công ngang bằng với xi măng thông thường, chỉ sử dụng một phần nhỏ thể tích sợi (~ 2%), chiều rộng vết nứt khít và không có các mặt phẳng yếu dị hướng. Những tính chất này phần lớn là do sự tương tác giữa các sợi và nền xi măng, có thể được tùy chỉnh thông qua thiết kế vi cơ học.

Về cơ bản, các sợi tạo ra nhiều vết nứt nhỏ có chiều rộng rất cụ thể, thay vì một vài vết nứt rất lớn (như trong bê tông thông thường). Điều này cho phép nó biến dạng mà không bị hỏng hóc thảm khốc. Tuy nhiên để tạo ra được một thảm địa kỹ thuật composite gốc xi măng đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật theo quy định nên tuân theo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13901:2023.

Bọc phủ composite cho các loại bồn xi măng, bê tông đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn. Ảnh minh họa

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13901:2023 thảm địa kỹ thuật composite gốc xi măng Bộ Khoa học và Công nghệ công bố áp dụng đối với thảm địa kỹ thuật composite gốc xi măng (sau đây viết tắt là GCCM). 

Tiêu chuẩn này cũng đưa ra yêu cầu về chuẩn bị mặt bằng và lắp đặt GCCM tại các điều kiện hiện trường thông thường trong các ứng dụng kiểm soát xói mòn, lót lưới thép và bảo vệ kết cấu thủy lực cũng như các ứng dụng bảo vệ. Trong tiêu chuẩn này, vật liệu GCCM sử dụng trong các ứng dụng khác nhau tương ứng với các yêu cầu kỹ thuật khác nhau. 

Theo đó GCCM được phân thành ba loại: loại I, loại II và loại III. Thông thường, các loại cấp cao hơn có độ bền và tuổi thọ lâu hơn so với các loại cấp thấp hơn trong cùng một ứng dụng.

Yêu cầu kỹ thuật đối với GCCM được quy định: Về tính chất độ dày ở trạng thái chưa đóng rắn và đóng rắn sau 24h thì giá trị tối thiểu lần lượt là 4,5mm loại I; loại II và loại III là 7,0mm. Khối lượng trên một đơn vị diện tích ở trạng thái chưa đóng rắn thì giá trị tối thiểu lần lượt là 6,5kg/m vuông và 10,5kg/mét vuông. Khối lượng thể tích ở trạng thái chưa đóng rắn giá trị tối thiểu là 1250kg/m vuông.

Cường độ chịu uốn tải trọng phá hủy ban đầu ở trạng thái đóng rắn sau 24h thì giá trị tối thiểu là 625N/m loại I; 1500N/m loại II; loại III là 3.750N/m. Cường độ chịu uốn ban đầu ở cả 3 loại giá trị tối thiểu là 3,5MPa. Cường độ chịu uốn cuối cùng là 4,0MPa. Cường độ chịu nén của hỗ hợp xi măng ở trạng thái đóng rắn sau 28 ngày thì giá trị tối thiểu là 40MPa, 50MPa, 60MPa.

Về khả năng chọc thủng kim tự tháp ở trạng thái rắn sau 28 ngày là 2kN, 3,5kN, 4,5kN. Độ mài mòn ở trạng thái rắn sau 28 ngày không lớn hơn 0,3mm trong 1000 chu kỳ. Cường độ chịu kéo cuối cùng ở trạng thái chưa đóng rắn là 8kN/m; cường độ ban đầu ở trạng thái đóng rắn sau 28 ngày thì giá trị tối thiểu là 3,5kN, 6,5kN, 9kN/m; cường độ cuối cùng là 10kN/m, 19kN/m.

Phương pháp thử xác định độ dày của GCCM nên theo ASTM D 5199 (Phương pháp xác định độ dày danh nghĩa của màng địa kỹ thuật).  Khối lượng trên một đơn vị diện tích của GCCM chưa đóng rắn phải được xác định theo ASTM D 5993 (bỏ qua các giai đoạn chuẩn bị mẫu yêu cầu làm ướt chu vi mẫu và làm khô mẫu trong tủ sấy trước khi cân).

Khối lượng thể tích của các mẫu chưa đóng rắn phải được tính bằng cách lấy khối lượng trên một đơn vị diện tích của vật liệu, tính theo ASTM D 5993, chia cho độ dày chưa đóng rắn, tính theo ASTM D 5993.

Xác định cường độ chịu uốn của GCCM theo ASTM D 8058 (Phương pháp xác định độ bền uốn của thảm địa kỹ thuật composit gốc xi măng (GCCM) bằng cách sử dụng thử nghiệm uốn ba điểm). Xác định cường độ chịu nén của hỗn hợp gốc xi măng theo ASTM D 8329 (Phương pháp xác định tỷ lệ nước/vật liệu xi măng cho thảm địa kỹ thuật composit gốc xi măng (GCCM) và đo cường độ nén của vật liệu gốc xi măng). Xác định khả năng chọc thủng kim tự tháp theo ASTM D 5494, loại B.

Yêu cầu về độ mài mòn của vật liệu gốc xi măng đóng rắn trong GCCM phải được xác định theo ASTM C 1353/C 1353M, được sửa đổi để bao gồm tối thiểu 8000 chu kỳ, làm sạch bánh xe sau mỗi 1000 chu kỳ và ghi lại mức hao mòn độ dày thay vì hao hụt khối lượng sau khi hoàn thành 8000 chu kỳ. 

Cường độ chịu kéo của GCCM là tính chất quan trọng đối với hai giai đoạn khác nhau: Giai đoạn lắp đặt và giai đoạn sau khi đã đóng rắn hoàn toàn. Trong quá trình lắp đặt, GCCM phải chịu ứng suất và chịu kéo trên vị trí thi công. Tải trọng này trong quá trình lắp đặt thường ở mức độ biến dạng cao, do đó thử nghiệm theo các phương pháp tiêu chuẩn được mô tả trong ASTM D 6768/D 6768M là phù hợp.

Tại nơi sử dụng cuối cùng, GCCM phải chịu các tác động làm việc, tác động do gió, thủy lực và các tác động bên ngoài khác. Do tốc độ biến dạng giảm đi rất nhiều, nên tốc độ thử nghiệm (CRE - tốc độ kéo dài không đổi) của ASTM D 4885 phải được sửa đổi thành 20 mm/min đối với các mẫu đã đóng rắn. Để giảm tỷ lệ mẫu thử bị hỏng do vỡ trong phạm vi 5 mm. Các rãnh 5 mm phải được cắt ở giữa mỗi mặt của mẫu thử để đảm bảo không bị hỏng ở vùng đó.

Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu GCCM theo ASTM D 8030/ D 8030M. Kiểm tra GCCM tại công trình để đảm bảo sản phẩm còn nguyên vẹn và chưa bị thủy hóa. Khi đặt hàng GCCM, thông tin tối thiểu phải được quy định là loại GCCM; Độ dày GCCM (chưa đóng rắn); Chiều rộng và chiều dài cuộn thảm.

Vật liệu và sản xuất GCCM là composít địa kỹ thuật được chế tạo sẵn bao gồm vật liệu gốc xi măng chứa trong một lớp hoặc nhiều lớp vật liệu địa kỹ thuật. GCCM trở nên cứng khi vật liệu gốc xi măng được thủy hóa. Dạng điển hình của GCCM gồm lớp mặt, lớp đáy và lớp lõi, ở đó các ô mạng trống giữa các sợi (ma trận rỗng) được lấp đầy vật liệu gốc xi măng. Các lớp đáy tùy chọn có thể chứa một lớp phủ cao phân tử, có thể là PVC, HDPE, LDPE, LLDPE hoặc các vật liệu khác, với độ dày tối thiểu 0.1 mm.

Thành phần gốc xi măng phải bao gồm vật liệu gốc xi măng có khả năng thủy hóa khi được bảo dưỡng để đảm bảo đáp ứng các đặc tính trong các điều kiện thi công tại hiện trường. Vật liệu gốc xi măng thay thế có thể được đề xuất để đạt được các đặc tính chịu hóa chất hoặc tính chất vật lý cụ thể.

Vật liệu sợi phải được làm bằng vật liệu tổng hợp có khả năng chịu được các điều kiện thi công và sử dụng. Các loại sợi điển hình sẽ bao gồm polyeste, nylon và polypropylen, tuy nhiên có thể sử dụng các loại khác để đạt được các tính năng mong muốn. Cũng có thể sử dụng sợi tự nhiên trong một số ứng dụng nhất định.

Tất cả các sản phẩm phải được ghi nhãn rõ ràng bao gồm ít nhất các thông tin sau: Tên hoặc nhãn hiệu của nhà sản xuất. Ký hiệu hoặc mã sản phẩm. Kích thước hoặc khối lượng và kích thước danh nghĩa. Ngày sản xuất. GCCM phải được đóng gói trong bao kín sao cho tránh tiếp xúc trực tiếp với độ ẩm bên ngoài.