Vật liệu composit cứng, chắc, nhẹ và chống ăn mòn đã được sử dụng thành công trong các ngành công nghiệp hàng không và ô tô trong vài thập niên gần đây. Những vật liệu này hoạt động khác với các vật liệu xây dựng truyền thống như thép, xi măng và gỗ khối, vì vậy, cần những chiến lược mới để tìm ra các cách thức sử dụng composit ở các ứng dụng kỹ thuật dân sự hiệu quả về mặt chi phí.

Một nghiên cứu mới của nhóm kỹ sư tại trường Đại học Bristol, Mỹ, đang nghiên cứu cách sử dụng composit tiên tiến trong việc xây dựng cầu giao thông.

Các cây cầu sử dụng compossit tiên tiến làm mặt cầu và/hoặc các dầm chính đã được xây dựng ở Mỹ, Anh và Tây Ban Nha. Tuy nhiên, mặc dù có rất nhiều lợi thế rõ ràng, nhưng công nghệ xây cầu mới này vẫn chưa trở nên phổ biến. Một nguyên nhân chính là có rất ít nghiên cứu tiến hành thực nghiệm về mức độ thoái hóa của các vật liệu composit và cách chúng phản ứng với trọng tải mà cầu phải hứng chịu, đặc biệt là hiệu suất mỏi.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng và thử nghiệm một mô hình mẫu của một cây cầu quy mô lớn với mặt cầu bằng composit tại phòng thí nghiệm các cấu trúc của trường đại học. Mô hình này, dài 8 mét và rộng 3,7 mét, bao gồm vật liệu composit ASSET làm mặt cầu và các dầm chính bằng xi măng PTC.

Các dầm PTC phù hợp với độ chịu mài màn của mặt cầu và cũng cải thiện độ cứng. Một đổi mới là chỉ các kết nối ăn dính được sử dụng giữa các đơn vị mặt cầu và để nối mặt cầu với các dầm chính, làm đơn giản và tăng tốc độ xây dựng.

Mô hình mẫu sẽ phải chịu hơn 100 triệu chu trình tải trọng bánh lăn thử độ mỏi được chuyên biệt theo mã, quy mô hoàn chỉnh. Diện tích mặt phẳng lớn của mặt cầu sẽ kiểm tra các hiệu ứng lên hiệu suất mặt cầu của các phương pháp gia công mặt phẳng chống trượt khác nhau. Cuối cùng, mô hình sẽ được chịu tải tới mức đổ vỡ. Các kết quả từ thử nghiệm và từ các mô hình máy tính tiên tiến của mẫu vật thí nghiệm sẽ đưa ra các hướng dẫn thiết kế cho các hoạt động ngắn và dài hạn của loại hình cầu đổi mới này.

Tiến sỹ Sebastian cho biết, do trọng lượng nhẹ, độ cứng cao và độ bền cao, nên các vật liệu composit tiên tiến đang mang tới một thế hệ mới những loại máy bay hiệu suất nhiên liệu và nhẹ hơn, ví dụ như Airbus A350 và Boeing 787. Nhóm nghiên cứu hi vọng sẽ đạt được thành tựu tương tự trong lĩnh vực kỹ thuật dân sự, với những vật liệu composit tiên tiến mang lại những bước tiến thay đổi ở hiệu suất cấu trúc, tính kinh tế và mức độ bền vững của cầu đường.