Khóa luận Nghiên cứu ứng dụng tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tông để sử dụng cho dầm Bê tông cốt thép

77 trang thiennha21 16/04/2022 3510

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu ứng dụng tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tông để sử dụng cho dầm Bê tông cốt thép", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

khoa_luan_nghien_cuu_ung_dung_tro_bay_thay_the_mot_phan_xi_m.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu ứng dụng tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tông để sử dụng cho dầm Bê tông cốt thép

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG MIỀN TRUNG Bùi Lý Vĩ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRO BAY THAY THẾ MỘT PHẦN XI MĂNG TRONG BÊ TƠNG ĐỂ SỬ DỤNG CHO DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Phú Yên, tháng 2 năm 2021 PhúYên – 2020
BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG MIỀN TRUNG Bùi Lý Vĩ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRO BAY THAY THẾ MỘT PHẦN XI MĂNG TRONG BÊ TƠNG ĐỂ SỬ DỤNG CHO DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP MÃ SỐ: 8.58.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 Th.s Huỳnh Quốc Hùng Phú Yên, tháng 2 năm 2021
LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu ứng dụng tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tơng để sử dụng cho dầm Bê tơng cốt thép” là do tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lương - Thạc sĩ Huỳnh Quốc Hùng. Tơi cam đoan sự trung thực và nguồn gốc đề tài chưa được cơng bố. Tuy Hịa, ngày tháng 02 năm 2021 Học viên Bùi Lý Vĩ
LỜI CẢM ƠN Tác giả đã hồn thành sau 2 năm học tập nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực kỹ thuật xây dựng với sự giảng dạy truyền đạt kiến thức và sự nhiệt tình giúp đỡ nguồn tài liệu mới trong suốt quá trình của khĩa học. Để tỏ lịng biết ơn tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Lãnh đạo Nhà trường, Khoa xây dựng và Phịng Đào tạo Trường Đại học Xây dựng Miền Trung. Để cĩ kết quả ngày hơm nay, cùng với sự cố gắng nổ lực của bản thân là sự giúp đỡ, động viên của các thầy cơ, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Đặc biệt, tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lương - Thạc sĩ Huỳnh Quốc Hùng đã đồng hành, hướng dẫn và luơn tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để hồn thiện đề tài nghiên cứu khoa học. Luận văn được hồn thành nhưng khơng thể tránh khỏi những thiếu sĩt và hạn chế. Rất mong nhận được sự đĩng gĩp của quý thầy cơ, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hồn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Tuy Hịa, ngày tháng 02 năm 2021 Học viên Bùi Lý Vĩ
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT i DANH MỤC BẢNG BIỂU iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv LỜI MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 3 3. Mục tiêu nghiên cứu 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 4.1. Đối tượng nghiên cứu 4 4.2. Phạm vi nghiên cứu 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRO BAY VÀ DẦM BTCT 5 1.1. Tổng quan về tro bay 5 1.1.1. Tổng quan về tro bay. 5 1.1.3. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tơng 7 1.1.4. Thành phần chính trong mẫu tro bay 9 1.1.5. Tro bay và cường độ nén của bê tơng chất lượng siêu cao [4] 13 1.1.6. Ứng dụng của tro bay và xu hướng phát triển 14 1.1.7. Một số nghiên cứu về ứng dụng của tro bay 18 1.2. Tổng quan về sự làm việc của dầm Bê tơng cốt thép 19 1.2.1. Giới thiệu tổng quan về dầm Bê tơng cốt thép 19 1.2.2. Sự làm việc của dầm Bê tơng cốt thép 20 1.3. Kết luận chương 20
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TƠNG VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BTCT CĨ SỬ DỤNG TRO BAY THAY THẾ MỘT PHẦN XI MĂNG 22 2.1. Cơ sở lý thuyết về cường độ 22 2.1.1. Xác định cường độ chịu nén của mẫu bê tơng [7] 22 2.1.2. Xác đinh mơ đun đàn hồi và hệ số poisson [8] 22 2.2. Lý thuyết tính tốn dầm Bê tơng cốt thép theo TCVN 5574-2018 [6] 23 2.2.1. Lý thuyết tính tốn dầm Bê tơng cốt thép theo điều kiện nội lực tới hạn 23 2.2.2. Lý thuyết tính tốn độ võng của dầm Bê tơng cốt thép theo TCVN 5574-2018 24 2.2.3. Tính tốn khả năng chịu cắt của dầm Bê tơng cốt thép theo TCVN 5574-2018 31 2.2.4. Tính tốn lý thuyết cho mẫu thí nghiệm. 34 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP B20 CĨ SỬ DỤNG HÀM LƯỢNG TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG 37 3.1. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 37 3.1.1. Cát (cốt liệu nhỏ) 37 3.1.2. Xi măng 37 3.1.3. Đá dăm 1x2 (cốt liệu lớn) 38 3.1.4. Tro bay 39 3.1.5. Thép 39 3.2. Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 40 3.2.1. Trong quá chuẩn bị mẫu 40 3.2.2. Trong chương trình thí nghiệm 41
3.3. Chương trình thí nghiệm 41 3.3.1. Chuẩn bị mẫu 41 3.3.2. Xác định cường độ chịu nén, Module đàn hồi (TCVN 3118 – 1993) 47 3.3.3. Thực nghiệm khả năng chịu uốn 50 3.3. Phân tích, nhận xét 60 3.4.1. Về cường độ chịu nén 60 3.4.2. Về khả năng chịu uốn theo thực nghiệm 61 3.4.3. Nhận xét: 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 4.1. Kết luận 63 4.2. Kiến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT CHỮ CÁI LA TINH As Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo ' As Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén Ec Mơ đun tổng thể của bê tơng Eb Mơ đun đàn hồi của bê tơng Es Mơ đun đàn hồi của thép I Mơ men quán tính của tiết diện được xem là đồng nhất M Mơ men uốn tính tốn M gh Mơ men uốn trạng thái giới hạn P Ngoại lực tác dụng b Bề rộng tiết diện dầm h Chiều cao tiết diện dầm L Nhịp tính tốn của dầm x Chiều cao vùng bê tơng chịu nén fc Cường độ chịu nén của vật liệu bê tơng Cường độ chịu nén của bê tơng khơng kiềm chế nở ngang đại giá trị cực đại Cường độ chịu nén của bê tơng kiềm chế nở ngang đại giá trị ' fcc cực đại fck Cường độ đặc trưng mẫu trụ của vật liệu bê tơng f y Cường độ của vật liệu thép ở trạng thái chảy fcm Cường độ chịu kéo của bê tơng (theo tiêu chuẩn EC) fctm Cường độ chịu nén của bê tơng (theo tiêu chuẩn EC) f y Cường độ chịu kéo của cốt thép (theo tiêu chuẩn EC) Rbt, cer Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tơng (theo TCVN) Rb, cer Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tơng (theo TCVN)
ii Rs w c, e r Cường độ chịu cắt tiêu chuẩn của bê tơng (theo TCVN) Độ võng lớn nhất của dầm BTCT dưới tác dụng của ngoại fm lực BT Bê tơng BTCT Bê tơng cốt thép BTCLSC Bê tơng cất lượng siêu cao CHỮ CÁI HY LẠP  c Biến dạng nén của bê tơng Biến dạng nén của bê tơng khơng bị kiềm chế cĩ giá trị cực  c0 đại  cc Biến dạng nén của bê tơng bị kiềm chế cĩ giá trị cực đại  cu Biến dạng nén của bê tơng bị kiềm chế tại trạng thái giới hạn  s Biến dạng cốt thép b1 Hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến ngắn hạn của bê tơng Hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bê tơng đến b2 biến dạng cấu kiện khơng cĩ vết nứt Hệ số xét đến sự làm việc của bê tơng vùng chịu kéo trên  s đoạn cĩ vết nứt Hệ số xét đến sự phân bố khơng đều biến dạng của thớ bê  b tơng chịu nén ngồi cùng trên chiều dài đoạn cĩ vết nứt  Chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tơng v Chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tơng
iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tơng [3] 7 Bảng 1.2. Thành phần hĩa học của tro bay [3] 13 ‘ Bảng 2.1. Kết quả tính tốn tải trọng và độ võng theo lý thuyết 36 ‘ Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm Cát 37 Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm Xi măng 38 Bảng 3. 3. Kết quả thí nghiệm đá 39 Bảng 3.4. Kết qủa thí nghiệm kéo, uốn 40 Bảng 3.5. Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tơng 41 Bảng 3.6. Số lượng mẫu thí nghiệm nén 42 Bảng 3.7. Mẫu dầm BTCT: Số lượng mẫu thí nghiệm uốn 42 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát Module đàn hồi và hệ số poisson 50 Bảng 3.9. Kết quả Thí nghiệm uốn 5 tổ hợp mẫu 57 Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả tính tốn lý thuyết, thực nghiệm 61
iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hình dạng hạt tro bay [1]. 6 Hình 1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến cường độ nén của BTCLSC, N/CKD = 0.18, (a) 27±2oC, (b) 90±5oC 14 Hình 1. 3. a Đập Puylaurent ở Pháp (b) Bê tơng asphalt [2]. 15 Hình 1.4. Ứng dụng làm vật liệu khơng nung. 16 ‘ Hình 2.1. Sơ đồ ép mẫu 22 Hình 2.2. Tương quan giữa cường độ và thời gian 22 Hình 2.3. Sơ đồ ứng suất của tiết diện. 24 Hình 2.4. Tiết diện ngang quy đổi và sơ đồ trạng thái ứng suất – biến dạng của cấu kiện cĩ vết nứt khi tính tốn biến dạng cấu kiện dưới tác dụng của mơ men uốn 28 Hình 2.5. Sơ đồ mẫu thí nghiệm 34 Hình 2.6. Sơ đồ tính tốn mẫu thí nghiệm 34 ‘ Hình 3.1. Mặt cắt ngang của mẫu dầm thí nghiệm. 43 Hình 3.2. Cân đo, xác định khối lượng các thành phần cấp phối. 43 Hình 3.3. Gia cơng Ván khuơn cốt thép. 45 Hình 3.4. Đổ bê tơng mẫu. 45 Hình 3.5. Đúc mẫu thí nghiệm. 46 Hình 3.6. Trộn bê tơng. 46 Hình 3.7. Dưỡng hộ mẫu dầm BTCT. 47 Hình 3.8. Nén phá hoại mẫu 47 Hình 3.9. Mẫu thí nghiệm lập phương bị phá hoại. 48 Hình 3.10. Biểu đồ cường chịu nén của các tổ hợp mẫu. 48 Hình 3.11. Thí nghiệm xác định Mơ đun đàn hồi. 49 Hình 3.12. Sơ đồ thí nghiệm dầm. 50 Hình 3.13. Lắp đặt mẫu, Loadcell, LDVT. 51 Hình 3.14. Số liệu Hệ thống đo STS-WiFi. 51
v Hình 3.15. Mẫu thí nghiệm bị phá hoại cắt 52 Hình 3.16. Mẫu B20-0-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt 52 Hình 3.17. Mẫu B20-15-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt 53 Hình 3.18. Mẫu B20-15-2 bị phá hoại uốn 53 Hình 3.19. Mẫu B20-20-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt 54 Hình 3.20. Mẫu B20-20-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt 54 Hình 3.21. Mẫu B20-25-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt 55 Hình 3.22. Mẫu B20-25-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt 55 Hình 3.23. Mẫu B20-40-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt 56 Hình 3.24. Mẫu B20-40-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt 56 Hình 3.25. Quan hệ tải trọng và chuyển vị Mẫu đối chứng. 57 Hình 3.26. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-15). 58 Hình 3.27. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-20). 58 Hình 3.28. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-25). 59 Hình 3.29. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-40). 59 Hình 3.30. Biểu đồ tổng hợp so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị của các tổ mẫu thí nghiệm. 60
1 LỜI MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong nhiều thế kỷ qua, con người luơn tìm kiếm một vật liệu xây dựng thỏa mãn các yêu cầu về sử dụng, chịu lực, độ bền và hiệu quả kinh tế. Cùng với sự phát triển của khoa học nhiều loại vật liệu mới đã được nghiên cứu và chế tạo thành cơng trong đĩ cĩ tro bay để thay thế xi măng. Tro bay là sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện. Các hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khĩi sau đĩ được thu hồi từ phương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xốy. Tro bay là những tinh cầu trịn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic cĩ kích thước hạt là 0,05 micromet, nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lị đốt nên cĩ tính puzzolan là tính hút vơi rất cao. Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh rịng (SiO2) cĩ rất nhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng puzzolan hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tơng cĩ khả năng tăng mác bê tơng, giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn; chống rạn nứt, giảm co gãy, cải thiện bề mặt sản phẩm và cĩ tính chống thấm cao; tính chịu lực cao của bê tơng; chống được sự xâm nhập của acid sulfuric của bê tơng hiện đại; tạo tính bền sulfat cho bê tơng của xi măng portland; hạ nhiệt độ cho bê tơng. Theo số liệu tổng hợp của Bộ Cơng Thương, hiện cả nước cĩ 25 nhà máy nhiệt điện đốt than đang hoạt động, phát thải ra tổng lượng tro, xỉ khoảng 13 triệu tấn/năm, trong đĩ tro bay chiếm từ 80% đến 85%. Lượng phát thải tập trung chủ yếu ở khu vực miền Bắc, chiếm 65%, miền Trung chiếm 23% và miền Nam chiếm 12% tổng lượng thải. Trong số này, lượng tro xỉ phát thải từ 13 nhà máy nhiệt điện than thuộc Tập đồn Điện lực Việt Nam (EVN) là 8,57 triệu tấn, chiếm 64% tổng lượng phát thải của cả nước. Tập đồn Cơng nghiệp Than-Khống sản Việt Nam (TKV) cĩ 6 nhà máy với lượng tro, xỉ phát thải là 2,05 triệu tấn, chiếm 15%
2 tổng lượng phát thải và 1 nhà máy thuộc Tập đồn Dầu khí Việt Nam với 0,784 triệu tấn chiếm khoảng 6% tổng lượng tro xỉ phát thải. Cùng với đĩ là 5 nhà máy của các chủ đầu tư BOT và các chủ đầu tư khác phát thải khoảng 2 triệu tấn, chiếm 15% tổng lượng phát thải của cả nước. Nhằm tiếp tục tăng cường, đẩy mạnh việc xử lý sử dụng tro, xỉ, thạch cao ngày, ngày 12/4/2017 Thủ tướng Chính phủ đã tiếp tục ban hành Quyết định số 452/QĐ-TTg về việc Phê duyệt Đề án đẩy mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng và sử dụng trong các cơng trình xây dựng (Quyết định số 452/QĐ-TTg). Qua gần 4 năm, triển khai thực hiện Quyết định này, mặc dù đã cĩ nhiều nỗ lực nhưng kết quả thực tế vẫn chưa đạt mục tiêu đề ra. Tính đến cuối năm 2020, tổng lượng tro, xỉ nhiệt điện đã tiêu thụ trên cả nước khoảng 44,5 triệu tấn, tương đương với 42% tổng lượng phát thải qua các năm. Trong đĩ, EVN tiêu thụ khoảng gần 23 triệu tấn, TKV tiêu thụ được khoảng hơn 6 triệu tấn, PVN tiêu thụ được gần 1,5 triệu tấn. Các nhà máy BOT và các chủ đầu tư khác tiêu thụ khoảng 4 triệu tấn. Thực tế cho thấy tro, xỉ được sử dụng nhiều nhất là lĩnh vực làm phụ gia khống cho xi măng, ước khoảng 24 triệu tấn, chiếm 70%; sản xuất gạch đất sét nung và gạch khơng nung ước khoảng 4 triệu tấn, chiếm 12%; làm phụ gia cho sản xuất bê tơng tươi, bê tơng cho các cơng trình thủy lợi, cơng trình giao thơng (đường bê tơng xi măng vùng nơng thơn) và cơng trình xây dựng dân dụng (kết cấu mĩng khối lớn ít tỏa nhiệt) ước khoảng 3 triệu tấn, chiếm 8%; và làm vật liệu san lấp, đắp đường giao thơng các loại khoảng 3,5 triệu tấn, chiếm 9%. Như vậy, vẫn cịn tồn đọng hơn 90% lượng tro bay chưa đươc tiêu thụ cịn tồn đọng tại các bãi chứa. Lượng lớn tro bay này nếu khơng được xử lý và tiêu thụ sẽ rất dễ ảnh hưởng xấu đến mơi trường xung quanh. Đã cĩ rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng tro bay làm vật liệu xây dựng để giảm tải cho các bãi thải của các nhà máy nhiệt điện, gĩp phần bảo vệ mơi
3 trường. Trong đĩ ứng dụng tro bay để thay thế xi măng trong bê tơng đã và đàn được thực hiện. Các nghiên cứu trước đĩ chỉ ra rằng khi tro bay được sử dụng để thay thế xi măng thì cường độ chịu nén, kéo của bê tơng sẽ giảm ở giai đoạn trước 28 ngày nhưng sau đĩ sẽ tăng, thời gian và mức độ tăng cường độ phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần tro bay thay thế xi măng và loại tro bay. Tuy nhiên chưa cĩ nghiên cứu thực nghiệm cụ thể nào về ảnh hưởng của tro bay đối với sự làm việc chung của bê tơng và cốt thép cũng như khả năng chịu uốn của dầm BTCT. Đây chính là lý do tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ứng dụng tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tơng để sử dụng cho dầm bê tơng cốt thép”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn và chịu cắt của dầm BTCT khi bê tơng sử dụng đúc dầm cĩ cấp độ bền chịu nén B20 cĩ tro bay thay thế xi măng. Các tỉ lệ tro bay thay thế xi măng lần lượt là 15%; 20%; 25%và 40%. Xem xét sự ảnh hưởng của tro bay đối với sự làm việc chung giữa bê tơng và cốt thép trong dầm BTCT thơng qua các thơng số đo được từ thực nghiệm như trình bày ở mục 3. Ứng dụng tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tơng với hàm lượng tối ưu được xác định bằng thực nghiệm để đưa vào sản xuất bê tơng sử dụng cho cấu kiện dầm BTCT. 3. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá được khả năng các chỉ tiêu cơ lý của bê tơng thơng thường và bê tơng cĩ sử dụng tro bay thay thế xi măng lần lượt ở các tỉ lê 15%; 20% 25% và 40%. Đánh giá được khả năng chịu uốn và chịu cắt của dầm BTCT thơng thường và dầm BTCT cĩ sử dụng tro bay thay thế xi măng lần lượt ở các tỉ lê 15%; 20% 25% và 40%.
4 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu Các loại vật liệu địa phương: Cát Sơng Ba mỏ Cơng ty Hưng Thịnh, Đá 1x2 mỏ Nắng Ban Mai, Xi măng Nghi sơn, thép Việt Mỹ. Mẫu lập phương KT: 15cm x 15cm x 15cm cấp độ bền chịu nén B20 thơng thường và mẫu lập phương sử dụng tro bay thay thế hàm lượng xi măng với các tỉ lệ lần lượt là 15%; 20%; 25% và 40%. Thí nghiệm cường độ chịu nén của mẫu ở 3 ngày tuổi; 7 ngày tuổi và 28 ngày tuổi. Dầm BTCT kích thước 100x150x800 cấp độ bền chịu nén B20 thơng thường và bê tơng cấp độ bền chịu nén B20 sử dụng tro bay thay thế hàm lượng xi măng với các tỉ lệ lần lượt là 15%; 20%; 25% và 40%. Thí nghiệm khả năng chịu uốn của dầm ở 28 ngày tuổi. 4.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về khả năng phát triển cường độ chịu nén của bê tơng B20 cĩ sử dụng tro bay thay thế một phần xi măng so với bê thơng B20 thơng thường. Nghiên cứu tổng quan về sự làm việc của dầm bê tơng cốt thép và các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn và chịu cắt của dầm bê tơng cốt thép.
5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRO BAY VÀ DẦM BTCT 1.1. Tổng quan về tro bay 1.1.1. Tổng quan về tro bay. Tro bay là sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện. Các hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khĩi sau đĩ được thu hồi từ phương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xốy. Tro bay là những tinh cầu trịn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic cĩ kích thước hạt là 0,05 micromet, tức là 50 nanomet (1 nanomet = 10-9 centimet). Nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lị đốt (đạt khoảng 1.4000C) nên nĩ cĩ tính puzzolan là tính hút vơi rất cao. Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh rịng (SiO2) cĩ rất nhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tơng với độ cứng vượt trội (mác cao) cĩ khả năng chống thấm cao, tăng độ bền với thời gian, khơng nứt nẻ, giảm độ co gãy, cĩ tính chống kiềm và tính bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi cơng do khơng phải xử lý nhiệt Ngồi ra, nĩ cịn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tơng một cách đáng kể. Trong hơn 5 thập niên qua, tro bay được ứng dụng vào thực tiễn của ngành xây dựng một cách rộng rãi và đã cĩ những cơng trình lớn trên thế giới sử dụng sản phẩm này như là một phụ gia khơng thể thiếu. Tính đến cuối năm 2020, tổng lượng tro, xỉ lưu giữ tại bãi chứa của các nhà máy nhiệt điện than vẫn cịn khoảng 47,65 triệu tấn. Báo cáo của Sở Xây dựng tỉnh Bình Thuận cho thấy, tính đến tháng 6/2020, tại Trung tâm nhiệt điện Vĩnh Tân, tỉnh Bình Thuận, lượng tro, xỉ phát sinh từ các nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 1, nhiệt điện Vĩnh Tân 2, nhiệt điện Vĩnh Tân 4 và nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng khoảng trên 10,9 triệu tấn nhưng lượng tro xỉ đã được xử lý, tiêu thụ chỉ đạt con số rất khiêm tốn, hơn 1,049 triệu tấn, chiếm 9,62%.
6 Các cơng trình tiêu biểu đã sự dụng tro bay làm phụ gia là: Đập Tomisato cao 111m ở Nhật Bản được xây dựng từ những năm 1950 đã sử dụng 60% tro bay thay thế xi măng; Trung Quốc đưa tro bay vào cơng trình xây dựng đập thủy điện từ những năm 1980; Cơng trình Azure trị giá 100 triệu USD hồn thành năm 2005 đã sử dụng 35% tro bay thay thế xi măng. Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã được đúc kết: Các cơng trình cĩ sử dụng tro bay sẽ đem đến 3 lợi ích to lớn và rất thiết thực cho ngành cơng nghiệp xây dựng là: Chất lượng sản phẩm ưu việt hơn. Giá thành rẻ hơn. Gĩp phần bảo vệ mơi trường. Hình 1.1. Hình dạng hạt tro bay [1]. 1.1.2. Phân loại [3] Phân loại theo Tiêu chuẩn TCVN 10302-2014 – Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tơng, vữa xây mà xi măng: - Theo thành phần hĩa học, tro bay được phân làm 02 loại: + Tro axit: tro cĩ hàm lượng canxi oxit đến 10 %, ký hiệu: F + Tro bazơ: tro cĩ hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10 %, ký hiệu: C - Phân loại theo mục đích sử dụng: tro bay được phân thành 02 loại:
7 + Tro bay dùng cho bê tơng và vữa xây, bao gồm 4 nhĩm lĩnh vực sử dụng, Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tơng cốt thép từ bê tơng nặng và bê tơng nhẹ, ký hiệu: a; + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tơng khơng cốt thép từ bê tơng nặng, bê tơng nhẹ và vữa xây, ký hiệu: b; + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tơng tổ ong, ký hiệu: c; + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tơng, bê tơng cốt thép làm việc trong điều kiện đặc biệt, ký hiệu: d. - Ví dụ: + Fa - tro axit dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tơng cốt thép; + Cb - tro bazơ dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tơng khơng cốt thép; + Tro bay dùng cho xi măng, ký hiệu: Xm; + FXm - tro axit dùng cho chế tạo xi măng; + CXm - tro bazơ dùng cho chế tạo xi măng. 1.1.3. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tơng Trộn cốt liệu lớn với cốt liệu nhỏ trong máy trộn, sau đĩ xi măng được thêm vào trong quá trình nhào trộn. Sợi được cho vào trong quá trình trộn với hàm lượng tính tốn trước. Hỗn hợp nước và phụ gia dẻo được nhào trộn và cho vào hỗn hợp bê tơng. Bảng 1.1. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tơng [3] Loại Lĩnh vực sử dụng - Mức Chỉ tiêu tro a b c d bay 1. Tổng hàm lượng ơxit F 70 SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % khối lượng, khơng nhỏ hơn C 45
8 Loại Lĩnh vực sử dụng - Mức Chỉ tiêu tro a b c d bay 2. Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra F 3 5 3 3 SO3, % khối lượng, khơng lớn hơn C 5 5 6 3 3. Hàm lượng canxi ơxit tự do F - - - - CaOtd, % khối lượng, khơng lớn hơn C 2 4 4 2 4. Hàm lượng mất khi nung F 12 15 8* 5* MKN, % khối lượng, khơng lớn hơn C 5 9 7 5 5. Hàm lượng kiềm cĩ hại F (kiềm hịa tan), % khối lượng, 1,5 khơng lớn hơn C 6. Độ ẩm, % khối lượng, F 3 khơng lớn hơn C 7. Lượng sĩt sàng 45mm, % F 25 34 40 18 khối lượng, khơng lớn hơn
9 Loại Lĩnh vực sử dụng - Mức Chỉ tiêu tro a b c d bay C 8. Lượng nước yêu cầu so với F mẫu đối chứng, %, khơng lớn 105 105 100 105 hơn C 9. Hàm lượng ion Cl-, % khối F 0,1 - - 0,1 lượng, khơng lớn hơn C 10. Hoạt độ phĩng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kg) của tro bay dùng: - Đối với cơng trình nhà ở và 370 cơng cộng, khơng lớn hơn - Đối với cơng trình cơng nghiệp, đường đơ thị và khu 740 dân cư, khơng lớn hơn * Khi đốt than Antraxit, cĩ thể sử dụng tro bay với hàm lượng mất khi nung tương ứng: - lĩnh vực c tới 12 %; lĩnh vực d tới 10 %, theo thỏa thuận hoặc theo kết quả thử nghiệm được chấp nhận. 1.1.4. Thành phần chính trong mẫu tro bay 1.1.4.1. Silic dioxit ở dạng kết tủa silisic Hàm lượng silic dioxit (SiO2) tính bằng phần trăm, theo cơng thức: mm12− %SiO2 = 100 m
10 - Trong đĩ: + m1 là khối lượng chén bạch kim và kết tủa trước khi xử lý bằng axit flohydric, tính bằng gam; + m2 là khối lượng chén bạch kim và kết tủa sau khi xử lý bằng axit flohydric, tính bằng gam; + m là khối lượng mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song khơng lớn hơn 0,40 %. 1.1.4.2. Silic dioxit ở dạng hịa tan trong dung dịch Hàm lượng silic dioxit (SiO2) hịa tan tính bằng phần trăm theo cơng thức: m % SiO = 1 100 2( Ha tan) m2 - Trong đĩ: + m1 là lượng silic dioxit tìm được trên đường chuẩn, tính bằng gam; + m2 là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song khơng lớn hơn 0,04 %. 1.1.4.3. Hàm lượng sắt (III) oxit (Fe2O3) bằng phương pháp chuẩn độ oxihĩa - khử Hàm lượng sắt (III) oxit (Fe2O3), tính bằng phần trăm, theo cơng thức: 0,0039925×V % Fe O = ×100 23 m - Trong đĩ: + 0,0039925 là số gam Fe2O3 ứng với 1 ml dung dịch K2Cr2O7 0,05 N; + V là thể tích dung dịch K2Cr2O7 0,05 N tiêu thụ, tính bằng mililit; + m là khối lượng mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam. Chênh lệch cho phép giữa hai kết quả xác định song song khơng lớn hơn 0,30%
11 1.1.4.4. Hàm lượng hàm lượng nhơm oxit (Al2O3) Hàm lượng nhơm oxit (Al2O3) tính bằng phần trăm theo cơng thức: 0,0010196 V K % Al O = Zn 100 2 3 m - Trong đĩ: + VZn là thể tích dung dịch tiêu chuẩn kẽm axetat 0,02 M tiêu thụ khi chuẩn độ, tính bằng mililit; + 0,0010196 là khối lượng nhơm oxit tương ứng với 1 ml dung dịch kẽm axetat 0,02 M, tính bằng gam; + K là hệ số nồng độ giữa dung dịch kẽm axetat 0,02 M và dung dịch EDTA tiêu chuẩn 0,01 M; + m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song khơng lớn hơn 0,26 %. 1.1.4.5. Hàm lượng canxi oxit (CaO) Hàm lượng canxi oxit (CaO) tính bằng phần trăm, theo cơng thức: 0,00056 (V −V ) % CaO = 1 0 100 m - Trong đĩ + V0 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ mẫu trắng, tính bằng mililit; + V1 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ mẫu thử, tính bằng mililit; + 0,00056 là khối lượng canxi oxit tương ứng với 1 ml dung dịch EDTA 0,01 M, tính bằng gam; + m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để xác định canxi oxit, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song khơng lớn hơn 0,30 %.
12 1.1.4.6. Hàm lượng magiê oxit (MgO) Hàm lượng magiê oxit (MgO) tính bằng phần trăm, theo cơng thức: 0,000403 [(V −V ) −(V −V % MgO = 2 02 1 01)] 100 m - Trong đĩ + V01 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ riêng lượng canxi trong mẫu trắng, tính bằng mililit; + V1 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn riêng lượng canxi trong dung dịch mẫu thử, tính bằng mililit; + V02 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ tổng lượng canxi và magiê trong mẫu trắng, tính bằng mililit; + V2 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ tổng lượng canxi và magiê trong dung dịch mẫu thử, tính bằng mililit: + 0,000403: là khối lượng magiê oxit MgO tương ứng với 1 ml dung dịch EDTA 0,01 M, tính bằng gam; + m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để xác định magiê oxit, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song khơng lớn hơn 0,25 %. Bảng 1.2. Thành phần hĩa học của tro bay Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như sau:
13 Bảng 1.2. Thành phần hĩa học của tro bay [3] STT Thành phần hĩa học Đơn vị Kết quả 1 SiO2 % 59,62 2 Al2O3 % 15,76 3 Fe2O3 % 10,00 4 CaO % 0,70 5 MgO % 3,33 6 SO3 % 0,10 7 Na2O3 % 0,09 8 K2O % 2,40 9 TiO % 1,17 10 MnO % 0,06 1.1.5. Tro bay và cường độ nén của bê tơng chất lượng siêu cao [4] Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến cường độ nén của BTCLSC thể hiện ở hình 1.5. Khi sử dụng FA đến 30% khơng cĩ sự suy giảm cường độ nén của bê tơng ở tuổi 28 ngày so với mẫu đối chứng, ở cả điều kiện dưỡng hộ tiêu chuẩn và dưỡng hộ nhiệt ẩm. Cường độ nén BTCLSC sử dụng 20% FA đạt giá trị lớn nhất ở cả chế độ dưỡng hộ tiêu chuẩn và dưỡng hộ nhiệt ẩm, tương ứng là 114 MPa và 153 MPa. Tiếp tục tăng hàm lượng FA thì cường độ nén của bê tơng bắt đầu giảm.
14 Hình 1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến cường độ nén của BTCLSC, N/CKD = 0.18, (a) 27±2oC, (b) 90±5oC. 1.1.6. Ứng dụng của tro bay và xu hướng phát triển 1.1.6.1. Tro bay và cơng trình thực tế Tro bay dùng làm vật liệu san lấp lấp: Tro bay cĩ thể dùng để phục hồi và cải tạo các vùng đất yếu bởi các hoạt động khác. Tro bay được sử dụng cho phát triển các cơng trình cơng cộng như cơng viên, bãi đậu xe, sân chơi, Tro bay cĩ độ bền đầm nén tương đương hoặc lớn hơn đất nên thường được sử dụng trong lĩnh vực san lấp mặt bằng.
15 Hình 1. 3. a Đập Puylaurent ở Pháp (b) Bê tơng asphalt [2]. Tro bay trong bê tơng: Tro bay cải thiện độ bền và kết cấu của bê tơng dẫn đến tăng tuổi thọ của đường. Thơng thường, tro bay cĩ thể thay thế từ 15 đến 30% xi măng portland. Hiện nay, tro bay được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng với các mục đích khác nhau như làm phụ gia cho bê tơng xi măng, làm độn cho bê tơng asphalt. Một số cơng trình xây dựng nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng tro bay trong bê tơng như đập Puylaurent ở Pháp, cây cầu Great Belt East nối Copenhagen (Đan Mạch) với những vùng đất của trung tâm châu Âu. Tro bay làm đường xá: Tro bay cĩ thể được sử dụng để xây dựng đường và đê kè. Việc sử dụng này cĩ nhiều lợi thế hơn so với các phương pháp thơng thường như tiết kiệm đất trồng trọt, tránh tạo ra các vùng trũng, giảm chi phí, làm giảm nhu cầu đất để xử lý / lắng đọng tro bay. Gạch khơng nung từ tro bay: Tro bay cũng là phế liệu thân thiện mơi trường. Gạch tro bay được tạo thành từ tro bay, cát và xi măng, trong đĩ tro bay là chất độn chính và cát là chất độn thứ hai. Cịn xi măng làm chất kết dính tất cả các nguyên liệu với nhau. Ở Đức, tro bay được ứng dụng để sản xuất gạch xây nhà. Các khối gạch này được tạo ra từ hỗn hợp của tro xỉ, tro bay, đá vơi và nước được ép thành khuơn.
16 Hình 1.4. Ứng dụng làm vật liệu khơng nung. Sản phẩm gạch ốp lát từ tro bay: Gạch ốp lát cĩthể được sản xuất từ tro bay như gạch ốp lát gồm hai lớp: lớp măṭ và lớp nền. Lớp mặt là hỗn hợp gồm nhựa men, xi măng, bột tro bay và đơlơmit. Lớp nền là hỗn hợp gồm tro bay bán khơ, xi măng và bụi mỏ đá. Làm vật liệu cốt nhẹ: Nhiều cơng nghệ đã được phát triển để sản xuất cốt liệu nhân tạo từ tro bay. Cốt liêụ từ sản phẩm tro bay cĩ thể được sử dụng cho
17 một loạt các ứng dụng trong ngành cơng nghiệp xây dựng, bao gồm thành phần xây dựng, thành phần bê tơng đúc sẵn, bê tơng trộn sẵn cho các tịa nhà cao tầng 1.1.6.2. Tăng mác vữa xi măng Tro bay khi trộn với xi măng Portland và cát sạch sẽ tạo vữa xi măng cĩ cường độ chịu nén 10 hay 15 MPa (N/mm2). 1.1.6.3. Giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn Trộn vữa tro bay với xi măng để trám các khe nứt, hạn chế lỗ châm kim. Đây là một giải pháp vừa hiệu quả, vừa kinh tế nhất cho các cơng trình ở vùng biển, vùng nước mặn. 1.1.6.4. Chống rạn nứt, giảm co gảy, cải thiện bề mặt sản phẩm và cĩ tính chống thấm cao Tính cực mịn của Tro bay cĩ hàm lượng Silic cao hay silic nano tạo ra được tính dẻo của xi măng Portland trong quá trình tạo ra vữa xi măng. Ngồi ra tro bay cịn trở thành chất xúc tác để tạo ra các sản phẩm cứng hơn và bền hơn. 1.1.6.5. Tính chịu lực cao của bê tơng tự nén với Tro bay Trộn thêm Tro bay vào vữa hồ thì bê tơng sẽ cĩ tính chịu lực cao. Điều này xảy ra vì các hạt silic nano đã len vào khe hổng của bê tơng và cùng lúc tạo ra một SiO3 nhờ độ PH kiềm của xi măng. Đĩ là một kết quả vừa được cơng bố của của một cơng nghệ mới và tiên tiến của thế kỷ 21. Tro bay là một silic ưu việt, cần được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng. 1.1.6.6. Tác dụng của Tro bay đến vấn đề hạ nhiệt cho bê tơng Việc sử dụng tro bay làm chất độn cho khối bê tơng lơn đạt được 3 mục đích: Giảm được lượng nhiệt sinh ra trong lịng bê tơng; giảm giá thành bê tơng một cách đáng kể; đảm bảo tính dễ thi cơng và cường độ bê tơng. Qua kinh nghiệm của một số nước trên thế giới thì hàm lượng dùng tro bay thay thế xi măng trong bê tơng đầm lăn cĩ phạm vi từ 30 – 60%.
18 1.1.7. Một số nghiên cứu về ứng dụng của tro bay - Nghiên cứu chế tạo bê tơng chất lượng Siêu cao sử dung hỗn hợp phụ gia khốn Silica Fume và tro bay sẵn cĩ ở Việt Nam - “ Ths. Nguyễn Cơng Thắng, Ts. Nguyễn Văn Tuân, Ths. Nguyễn Trọng Lâm, PGS.TS Phạm Hữu Hanh – ĐH Xây dựng. Những vấn đề được giải quyết là: Hồn tồn cĩ thể sử dụng tro bay ở Việt Nam thay thế một phần xi măng để chế tạo BTCLSC; Khi sử dụng kết hợp FA và SF sẽ làm tăng tính cơng tác của hỗn hợp BTCLSC. Tổng lượng dùng phụ gia khống cĩ thể thay thế xi măng đến 40% mà cường độ nén của BTCLSC vẫn đạt theo yêu cầu (>150 MPa). Vấn đề cần làm rõ: Chưa nghiên cứu hàm lượng thay thế của tro bay trong bê tơng cĩ cường độ thấp hơn như B20; B25 - ISSN 1859-1531 Tạp chí KH-CN Đại học Đà Nẵng – Nguyễn Văn chính – Đặng Văn Mến: “Ảnh hưởng của tro bay nhà máy nhiệt điện duyên hải đến cường độ chịu nén và khả năng thấm của bê tơng”. Những vấn đề được giải quyết là: hàm lương tro bay thay thế xi măng phù hợp để nâng cao khả năng chịu nén và khả năng chống thấm của bê tơng. Vấn đề cần làm rõ: Xác đinh tỉ lệ thay thế xi măng bằng tro bay tối ưu nhất để sử dụng cho cấu kiện bê tơng chịu nén và chịu uốn. - Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đến sự phát triển cường độ vữa xi măng – Nguyễn Văn Vinh. LV Thạc sĩ năm 2018 Đại học Đà nẵng. Những vấn đề được giải quyết là: Đã khảo sát được sự ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay tới sự phát triển của cường độ vữa ở tuổi 28, 56 và 90 ngày. Vấn đề cần làm rõ: Chưa khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đối với sự phát triển cường độ của bê tơng ở tuổi mẫu 3, 7 và 28 ngày. - Lâm, N. T., Linh, N. N., Nam, T. V., Kiên, V. D., KhảiT. V., & Hiếu P. Đức. (2020). Ảnh hưởng của tro bay thay thế một phần xi măng đến tính chất
19 của bê tơng thương phẩm. Tạp Chí Khoa Học Cơng Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 14(4V), 96-105. Những vấn đề được giải quyết là: Khảo sát được tính cơng tác của hỗn hợp vữa bê tơng khi sử dụng tro bay thay thế xi măng với các tỷ lệ lần lượt là 0%; 10%; 20% 30% và 40%; Khảo sát được ảnh hưởng của tro bay thay thế xi măng đến cường độ chịu nén của bê tơng Mác 300 và Mác 600 với các tỷ lệ thay thế lần lượt là 0%; 10%; 20% 30% và 40%; Vấn đề cần làm rõ: Chưa khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đối với sự phát triển cường độ của bê tơng đối với bê tơng cĩ cấp độ bền chịu nén thấp hơn M300; Chưa khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đối với sự phát triển cường độ của bê tơng đối với các tỷ lệ thay thế là 15% và 25%. 1.2. Tổng quan về sự làm việc của dầm Bê tơng cốt thép 1.2.1. Giới thiệu tổng quan về dầm Bê tơng cốt thép Dầm bê tơng cốt thép (BTCT) là một cấu kiện gồm Bê tơng và Cốt thép trong xây dựng thường cĩ dạng hình chữ nhật, hình vuơng. Dầm thường được gối lên cột trong nhà ở và các cơng trình xây dựng nĩi chung. Dầm bê tơng cốt thép là hỗn hợp gồm Xi Măng, Cát, Đá và Thép (Thép gồm sắt Fe và Cacbon C và một số nguyên tố hĩa học khác). Khả năng chịu uốn của dầm bê tơng cốt thép (BTCT) phụ thuộc chủ yếu vào cường độ chịu nén, kéo của bê tơng, cường độ chịu kéo, nén của cốt thép và lực dính giữa bê tơng và cốt thép. Các lý thuyết tính tốn cấu kiện dầm bê tơng cốt thép thường giả thiết bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tơng, tồn bộ lực kéo do cốt thép chịu, và lực dính giữa bê tơng và cốt thép phải lớn để đảm bảo biến dạng của cốt thép và bê tơng tại bề mặt tiếp xúc với cốt thép là như nhau. Tuy nhiên thực tế làm việc của dầm bê tơng cốt thép khơng hồn tồn như các giả thiết nêu trên, khả năng chịu lực của dầm bê tơng cốt thép chịu ảnh
20 hưởng của lực dính giữa bê tơng và cốt thép cũng như khả năng chịu kéo của bê tơng miền kéo. 1.2.2. Sự làm việc của dầm Bê tơng cốt thép Dầm bê tơng cốt thép là cấu kiện chịu uốn là chủ yếu vì bên cạnh chịu uốn thì dầm cũng một phần chịu nén nhưng nhỏ so với khả năng chịu uốn của dầm. Nguyên lý làm việc của dầm BTCT: Quan sát sự làm việc của dầm từ lúc mới đặt tải đến lúc phá hoại, sự diễn biến của dầm xảy ra như sau: Khi tải trọng chưa lớn thì dầm vẫn cịn nguyên vẹn, tiếp đĩ cùng với sự tăng của tải trọng, xuất hiện của khe nứt thẳng gĩc với trục dầm tại đoạn dầm cĩ moment lớn và những khe nứt nghiêng ở đoạn dầm gần gối tựa là chỗ cĩ lực ngang lớn, khi tải trọng đã lớn thì dầm bị phá hoại hoặc tại tiết diện cĩ khe nứt thẳng gĩc, hoặc tại tiết diện cĩ khe nứt nghiêng. Trong suốt quá trình đặt tải, độ võng của dầm cứ tăng lên. Trong trạng thái giới hạn của dầm theo khả năng chịu lực (tức là theo cường độ) được đặc trưng bằng sự phá hoại theo tiết diện thẳng gĩc với trục dầm hoặc theo tiết diện nghiêng, vì vậy khi tính tốn dầm chịu uốn theo khả năng chịu lực là bao gồm tính tốn trên tiết diện thẳng gĩc và trên tiết diện nghiêng. 1.3. Kết luận chương Bê tơng cốt thép là sự kết hợp giữa các hạt cốt liệu, nước, phụ gia và cốt thép. Nhờ lực dính chặt với nhau nên cĩ thể truyền lực từ bê tơng sang cốt thép, hoặc ngược lại. Lực dính cĩ tầm quan trọng hàng đầu đối với bê tơng cốt thép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới được khai thác triệt để, giảm bề rộng vết nứt ở miền bê tơng chịu kéo. Giữa bê tơng và cốt thép khơng xảy ra phản ứng hĩa học, đồng thời bê tơng cịn bảo vệ cốt thép chống lại các tác dụng ăn mịn của mơi trường. Tro bay là sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện; Những nghiên cứu trước đây cho thấy khi kết hợp tro bay với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tơng
21 với độ cứng vượt trội (mác cao) cĩ khả năng chống thấm cao, tăng độ bền với thời gian, khơng nứt nẻ, giảm độ co gãy, cĩ tính chống kiềm và tính bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi cơng do khơng phải xử lý nhiệt ngồi ra, nĩ cịn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tơng một cách đáng kể Phá hoại dầm bê tơng cốt thép cĩ thể theo hai dạng. Sự phá hoại khi ứng suất trong cốt thép đạt đến giới hạn chảy và ứng suất trong bê tơng đạt đến Rb gọi là sự phá hoại dẻo. Nếu ứng suất trong cốt thép chưa đạt đến giới hạn chảy mà bê tơng vùng nén đã bị phá hoại thì dầm cũng bị phá hoại gọi là phá hoại giịn. Phá hoại dẻo của dầm bê tơng cốt thép được thể hiện theo hai hình thức là phá hoại theo tiết diện thẳng gĩc (phá hoại uốn) và phá hoại theo tiết diện nghiêng (phá hoại cắt)
22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TƠNG VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BTCT CĨ SỬ DỤNG TRO BAY THAY THẾ MỘT PHẦN XI MĂNG 2.1. Cơ sở lý thuyết về cường độ 2.1.1. Xác định cường độ chịu nén của mẫu bê tơng [7] Phương pháp chuẩn bị mẫu, thí nghiệm và xử lý số liệu thực hiện theo TCVN 3118-1993. R 2 R28 3 1 3 2 28 t Hình 2.1. Sơ đồ ép mẫu Hình 2.2. Tương quan giữa cường độ và thời gian Cơng thức xác định cường độ nén P R = (2.1) [7] b A Trong đĩ: P: Lực nén phá hoại mẫu kN A: Diện tích mặt cắt ngang của mẫu. cm2 Rb: Cường độ chịu nén của mẫu MPa 2.1.2. Xác đinh mơ đun đàn hồi và hệ số poisson [8] 2.1.2.1 Xác đinh mơ đun đàn hồi. 10− E0 = (2.2) [8] 10− 2 Trong đĩ: 휀1 Ứng suất thử bằng 1/3 cường độ lăng trụ daN/cm 2 휀0 Ứng suất ban đầu bằng 0.5 daN/cm 휀0 , 휀1 Chênh lệch biến dạng tương đối của bêtơng ở mức ứng suất thử so với mức ứng suất ban đầu.
23 2.1.2.2 Xác định hệ số poisson   = x (2.3)  y Trong đĩ:  x : biến dạng ngang ( biến dạng theo phương x);  y : biến dạng dọc trục ( biến dạng theo phương y). 2.2. Lý thuyết tính tốn dầm Bê tơng cốt thép theo TCVN 5574-2018 [6] 2.2.1. Lý thuyết tính tốn dầm Bê tơng cốt thép theo điều kiện nội lực tới hạn MM gh (2.4) Trong đĩ: M là moment do ngoại lực tác dụng M gh là moment tới hạn mà tiết diện cĩ thể chịu được Giá trị M u đối với cấu kiện chịu uốn tiết diện hình chữ nhật (Hình 2.3) khi: x  R được xác định theo cơng thức: h0 MRghb bxhx −( 0 0.5 ) (2.5) Trong đĩ: Rb là cường độ chịu nén của bê tơng; b là bề rộng của tiết diện tính tốn; x là chiều cao vùng chịu nén của bê tơng; h0 là chiều cao làm việc của cấu kiện. a là chiều dày lớp bê tơng bảo vệ cốt thép
24 Hình 2.3. Sơ đồ ứng suất của tiết diện. 2.2.2. Lý thuyết tính tốn độ võng của dầm Bê tơng cốt thép theo TCVN 5574-2018 2.2.2.1. Nguyên tắc chung Độ võng của cấu kiện kết cấu bê tơng cốt thép cần được tính tốn theo các cơng thức của cơ học kết cấu. Trị số độ cong biến dạng cấu kiện bê tơng cốt thép được tính từ trạng thái ban đầu của chúng. Độ võng được xác định như sau: + Đối với những đoạn cấu kiện mà trong vùng chịu kéo của nĩ khơng hình thành vết nứt thẳng gĩc với trục dọc cấu kiện: được xác định như đối với vật thể đàn hồi. + Đối với những đoạn cấu kiện mà trong vùng chịu kéo của nĩ cĩ các vết nứt thẳng gĩc với trục dọc cấu kiện: xác định như tỷ số giữa hiệu số của biến dạng trung bình của thớ ngồi cùng vùng chịu nén của bê tơng và biến dạng trung bình của cốt thép dọc chịu kéo với chiều cao làm việc của tiết diện cấu kiện. + Các cấu kiện được xem là khơng cĩ vết nứt trong vùng chịu kéo nếu vết nứt khơng hình thành khi chịu tác dụng của tải trọng thường xuyên, tạm thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn hoặc nếu chúng khép lại khi chịu tác dụng của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn, trong đĩ tải trọng đưa vào tính tốn với hệ số độ tin cậy về tải trọng f = 1,0.
25 2.2.2.2. Xác định độ võng cấu kiện Bê tơng cốt thép - Đối với cấu kiện chịu uốn tiết diện khơng đổi dọc theo chìu dài cấu kiện cĩ vết nứt thì độ cong trên từng đoạn cĩ Moment uốn khơng đổi dấu, cho phép xác định đối với tiết diện chịu lực lớn hơn cả và độ cong trên từng đoạn của các tiết diện cịn lại trên từng đoạn đĩ được lấy tỷ lệ với các giá trị moment uốn. Đối với cấu kiện tự do hoặc cấu kiện cơng xơn thì độ võng lớn nhất được xác đinh theo cơng thức 2 1 f sm L= (2.6) r max Trong đĩ: S là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ tính tốn cấu kiện và loại tải trọng, giá trị s được lấy bằng: 5 đối với dầm tự tự do; 48 1 đối với dầm cơng xơn 4 - Trên các đoạn mà ở đĩ cĩ hình thành vết nứt thẳng gĩc với trục dọc cấu kiện, giá trị độ cong tồn phần của cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo lệch tâm cần được xác định theo cơng thức: 1111 =−+ (2.7) rrrr 123 Trong đĩ: 1 là độ cong do tác dụng ngắn hạn của tồn bộ tải trọng mà dùng để r 1 tính tốn biến dạng; 1 là độ cong do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tạm r 2 thời dài hạn;
26 1 là độ cong của tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tạm r 3 thời dài hạn. - Độ cong của cấu kiện bê tơng cốt thép (1/r) do tác dụng của các tải trọng tương ứng được xác định theo cơng thức: 1 M = (2.8) rD Với: M là moment uốn do ngoại lực (cĩ kêt đến mơ men do lực dọc N) đối với trục vuơng gĩc với phẳng tác dụng của mơ men uốn và đi qua trọng tâm tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện; D là độ cứng chống uốn của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện, được xác định theo cơng thức: D E= I bred1 Trong đĩ: Eb1 là mơ đun biến dạng của bê tơng chịu nén, được xác định phụ thuộc vào thời hạn (ngắn hạn hoặc dài hạn) tác dụng của tải trọng và cĩ kể đến sự cĩ hay khơng cĩ các vết nứt; Ired là mơ men quán tính của tiết diện ngang quy đổi đối với trọng tâm của nĩ, được xác định cĩ kể đến sự cĩ hay khơng cĩ các vết nứt; - Mơ men quán tính Ired của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện đối với trọng tâm của nĩ được xác định như đối với vật thể đặc theo các nguyên tắc chung về sức bền của các cấu kiện đàn hồi cĩ kể đến tồn bộ diện tích tiết diện bê tơng và diện tích tiết diện cốt thép với hệ số quy đổi cốt thép về bê ' tơng α: IIIIredss=++ Trong đĩ: + I là mơ men quán tính của tiết diện bê tơng đối với trọng tâm tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện; + I ; I ' là mơ men quán tính của tiết diện cốt thép lần lượt chịu kéo và chịu s s nén đối với trọng tâm tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện;
27 E + α là hệ số quy đổi cốt thép về bê tơng: = s Eb1 - Giá trị I được xác định theo các nguyên tắc chung về tính tốn các đặc trưng hình học của tiết diện cấu kiện đàn hồi. Cho phép xác định mơ men quán tính Ired mà khơng kể đến cốt thép. - Giá trị mơ đun biến dạng của bê tơng Eb1 lấy bằng: + Khi cĩ tác dụng ngắn hạn của tải trọng: Eb1 =0.85Eb; Eb + Khi cĩ tác dụng dài hạn của tải trọng: EEbb1,== ; 1+ bcr, Với b c, r là hệ số từ biến của bê tơng. - Độ cứng của cấu kiện bê tơng cốt thép trên các đoạn cĩ vết nứt trong vùng chịu kéo được xác định dựa trên các giả thiết sau: + Tiết diện sau khi biến dạng vẫn phẳng; + Ứng suất trong bê tơng vùng chịu nén được xác định như đối với vật thể đàn hồi; + Sự làm việc của bê tơng chịu kéo trong tiết diện cĩ các vết nứt thẳng gĩc khơng cần kể đến; + Sự làm việc của bê tơng chịu kéo trên đoạn giữa các vết nứt thẳng gĩc kề nhau được kể đến trực tiếp bằng hệ số s . - Độ cứng của cấu kiện bê tơng cốt thép D trên các đoạn cĩ vết nứt được xác định theo cơng thức đã nêu ở trên và lấy khơng lớn hơn độ cứng khi khơng cĩ vết nứt. - Mơ men quán tính Ired của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện đối với trọng tâm của nĩ được xác định theo các nguyên tắc chung về sức bền của các cấu kiện đàn hồi cĩ kể đến diện tích của bê tơng chỉ ở vùng chịu nén, diện tích tiết diện cốt thép chịu nén với hệ số quy đổi cốt thép về bê tơng s1 và diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo với hệ số quy đổi cốt thép về bê tơng s2 = ' IIIIred= + s s12 + s s ;
28 Trong đĩ: I ; I ; I ' là mơ men quán tính của diện tích tiết diện lần lượt của s s vùng bê tơng chịu nén, của cốt thép chịu kéo và của cốt thép chịu nén đối với trọng tâm tiết diện ngang quy đổi khơng kể đến bê tơng vùng chịu kéo. - Các giá trị ; được xác định theo nguyên tắc chung của sức bền vật liệu với khoảng cách ycm từ thớ bê tơng chịu nén nhiều nhất đến trọng tâm tiết diện ngang quy đổi (cĩ kể đến các hệ số quy đổi s1 , s2 ) mà khơng kể đến bê tơng vùng chịu kéo, đối với cấu kiện chịu uốn thì yxc m m= ; Trong đĩ: xm là chiều cao trung bình của vùng chịu nén của bê tơng, kể đến ảnh hưởng của sự làm việc của bê tơng chịu kéo giữa các vết nứt; Các giá trị yb ; ycm được xác định theo các nguyên tắc chung về tính tốn các đặc trưng hình học của tiết diện các cấu kiện đàn hồi. Hình 2.4. Tiết diện ngang quy đổi và sơ đồ trạng thái ứng suất – biến dạng của cấu kiện cĩ vết nứt khi tính tốn biến dạng cấu kiện dưới tác dụng của mơ men uốn - Đối với cấu kiện chịu uốn thì vị trí trục trung hịa (chiều cao trung bình của vùng bê tơng chịu nén) được xác định từ phương trình: sSS=− ' ; bsss0201 s0 Trong đĩ: s ; s ; s' là mơ men tĩnh lần lượt của vùng bê tơng chịu nén, của b0 s0 s 0 cốt thép chịu kéo và của cốt thép chịu nén đối với trục trung hịa. - Đối với tiết diện chữ nhật chỉ cĩ cốt thép chịu kéo thì chiều cao vùng chịu nén của bê tơng được xác định theo cơng thức:
29 xh=+− ( ) 2 2 ; mssssss 0222 A Trong đĩ:  = s ; s bh - Đối với tiết diện chữ nhật cĩ cả cốt thép chịu kéo và chịu nén thì chiều cao vùng chịu nén của bê tơng được xác định theo cơng thức: ' ''' 2 a xh=+++−+0212121 (ssssssssssss    ) 2() h 0 ' ' As Trong đĩ: s = bh0 - Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm và chịu kéo lệch tâm thì vị trí trục trung hịa (chiều cao vùng chịu nén) được xác định từ phương trình: ' IIIbssss02010++ yN = ' SSSbssss02010++ Trong đĩ: + yN là khoảng cách từ trục trung hịa đến điểm đặt lực dọc N, cách trọng tâm tồn bộ tiết diện (khơng kể đến vết nứt) một khoảng bằng e0=M/N; ' + Ib0 ; I S 0 ; I S 0 là mơ men quán tính lần lượt của vùng bê tơng chịu nén, của cốt thép chịu kéo và của cốt thép chịu nén đối với trục trung hịa; + S ; S ; S ' là mơ men tĩnh lần lượt của vùng bê tơng chịu nén, của cốt b0 s0 s 0 thép chịu kéo và của cốt thép chịu nén đối với trục trung hịa. - Cho phép xác định chiều cao vùng chịu nén xm của cấu kiện tiết diện ngang chữ nhật dưới tác dụng của mơ men uốn M và lực dọc N theo cơng thức: INred xxmM= AMred Trong đĩ: + xM là chiều cao vùng chịu nén của cấu kiện chịu uốn; + Ired , Ared lần lượt là mơ men quán tính và diện tích của tiết diện ngang quy đổi, được xác định đối với tồn bộ tiết diện (khơng kể đến vết nứt);
30 + Giá trị các đặc trưng hình học của tiết diện cấu kiện được xác định theo các nguyên tắc chung về tính tốn tiết diện các cấu kiện đàn hồi; + Trong cơng thức lấy dấu “cộng” đối với lực nén dọc và dấu “trừ” đối với lực kéo dọc. - Cho phép xác định độ cứng của cấu kiện bê tơng cốt thép chịu uốn theo cơng thức: DEAzhx=−sredsm,0() Trong đĩ: z là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến điểm đặt hợp lực của các nội lực trong vùng chịu nén. Đối với cấu kiện tiết diện ngang chữ nhật khơng cĩ (hoặc khơng kể đến) cốt thép chịu nén thì giá trị z được xác định theo cơng thức: x zh=−m 0 3 -Đối với cấu kiện tiết diện ngang chữ nhật, chữ T (cĩ cánh nằm trong vùng chịu nén) và chữ I thì giá trị z cho phép lấy bằng 0,8h0. - Giá trị các hệ số quy đổi cốt thép về bê tơng được lấy bằng: Es + Đối với cốt thép chịu nén: 1 = ; Ebred, Es, red + Đối với cốt thép chịu kéo: 2 = . Eb, red Trong đĩ: + Eb, red là mơ đun biến dạng quy đổi của bê tơng chịu nén; + Es, red là mơ đun biến dạng quy đổi của cốt thép chịu kéo, được xác định cĩ kể đến ảnh hưởng của sự làm việc của bê tơng chịu kéo giữa các vết nứt theo Es cơng thức: Es, red = .  s - Độ võng của cấu kiện bê tơng cốt thép cĩ thể được xác định theo các nguyên tắc chung của cơ học kết cấu với việc sử dụng trực tiếp các đặc trưng độ cứng chống uốn D thay cho độ cong 1/r bằng cách thay các đặc trưng chống uốn đàn hồi EI trong các cơng thức tính tốn bằng các đặc trưng D đã được tính theo
31 các cơng thức đã nêu ở trên. Khi cĩ tác dụng đồng thời của các tải trọng tạm thời ngắn hạn và tạm thời dài hạn thì độ võng tồn phần của các cấu kiện khơng cĩ hoặc cĩ vết nứt trong vùng chịu kéo được xác định bằng cách cộng các độ võng do các tải trọng tương ứng gây ra theo cách tương tự như cộng các độ cong với các đặc trưng độ cứng D trong các cơng thức tính tốn do thời hạn (ngắn hạn hoặc dài hạn) tác dụng đã chọn của tải trọng. Khi xác định các đặc trưng độ cứng D của các cấu kiện cĩ vết nứt trong vùng chịu kéo, cho phép lấy hệ số =s 1. Trong trường hợp này, khi cĩ tác dụng đồng thời của các tải trọng tạm thời ngắn hạn và tạm thời dài hạn thì độ võng tồn phần của cấu kiện chịu uốn cĩ vết nứt được xác định bằng cách cộng các độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng tạm thời ngắn hạn và do tác dụng dài hạn của tải trọng tạm thời dài hạn cĩ kể đến các giá trị tương ứng của các đặc trưng độ cứng D, nghĩa là tương tự các giá trị D đối với các cấu kiện khơng cĩ vết nứt. * Trong giới hạn nghiên cứu của luận văn này, chỉ xét đến độ võng tức thời do tải trọng ngắn hạn gây ra của cấu kiện bê tơng cốt thép khơng cĩ vết nứt trong vùng chịu kéo, nên độ cong tồn phần trong luận văn này sẽ được xác định theo cơng thức là: 11 = (2.9) rr max 2.2.3. Tính tốn khả năng chịu cắt của dầm Bê tơng cốt thép theo TCVN 5574-2018 Tính tốn cấu kiện bê tơng cốt thép chịu uốn theo dải nghiêng giữa bê tơng được tiến hành theo điều kiện:
32 Chú dẫn: 1- Tiết diện nghiêng 2 - Cốt thép QQQ +b sw (2.10) Trong đĩ: Q là lực cắt trên tiết diện nghiêng với chiều dài hình chiếu C lên trục dọc cấu kiện, được xác định do tất cả các ngoại lực nằm ở một phía của tiết diện nghiêng đang xét; khi đĩ, cần kể đến tác dụng nguy hiểm nhất của tải trọng trong phạm vi tiết diện nghiêng; Qb là lực cắt chịu bởi bê tơng trong tiết diện nghiêng; Qsw là lực cắt chịu bởi cốt thép ngang trong tiết diện nghiêng; được xác định theo cơng thức. Rbh 2 Q bbt20 (2.11) b C nhưng khơng lớn hơn 2,5Rbt bh0 và khơng nhỏ hơn 0,5Rbt bh0 , trong đĩ b2 là hệ số kể đến ảnh hưởng của cốt thép dọc, lực bám dính và đặc điểm trạng thái ứng suất của bê tơng nằm phía trên vết nứt xiên, lấy bằng 1,5. Lực cắt Qsw đối với cốt thép ngang nằm vuơng gĩc với trục dọc cấu kiện được xác định theo cơng thức: QqCswswsw= (2.12) Trong đĩ: sw là hệ số, kể đến sự suy giảm nội lực dọc theo chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng C, lấy bằng 0,75;
33 qsw là lực trong cốt thép ngang trên một đơn vị chiều dài cấu kiện, được xác định theo cơng thức: RAswsw qsw = (2.13) ssw Cần tiến hành tính tốn đối với một loạt tiết diện nghiêng, nằm dọc theo chiều dài cấu kiện, với chiều dài nguy hiểm nhất của hình chiếu tiết diện nghiêng C. Khi đĩ, chiều dài hình chiếu C trong cơng thức (2.11) lấy khơng nhỏ hơn h0 và khơng lớn hơn 2h0. Cho phép tính tốn các tiết diện nghiêng theo điều kiện (2.13) mà khơng cần xem xét các tiết diện nghiêng khi xác định lực cắt do ngoại lực: Q1,1,1 Q=+ Q bsw (2.14) Trong đĩ: Q1 là lực cắt trong tiết diện thẳng gĩc do ngoại lực; QRbhbbt,10= 0,5 (2.15) Qqhsww,10= (2.16) Khi tiết diện thẳng gĩc, mà trong đĩ kể đến lực cắt Q1, nằm gần gối tựa ở khoảng cách a nhỏ hơn 2,5h0, thì tính tốn theo điều kiện (2.14) với việc nhân giá trị Qb,1 đã được xác định theo cơng thức (2.15 ) với hệ số bằng 2,5/(a/h0 ), nhưng lấy giá trị Qb,1 khơng lớn hơn 2,5Rbt bh0 Khi tiết diện thẳng gĩc, mà trong đĩ kể đến lực cắt Q1, nằm ở khoảng cách a nhỏ hơn h0, thì tính tốn theo điều kiện (2.14) với việc nhân giá trị Qsw,1 đã được xác định theo cơng thức (2.16) với hệ số bằng a/h0 .
34 2.2.4. Tính tốn lý thuyết cho mẫu thí nghiệm. 2.2.4.1. Sơ đồ thí nghiệm P 2Þ8 1 Þ6a150 3 150 2Þ10 h 2 100 c. Mặt cắt ngang mẫu L a. Sơ đồ thí nghiệm mẫu 2Þ8 1 Þ6a150 1 150 2Þ10 2 800 b. Mặt cắt dọc mẫu Hình 2.5. Sơ đồ mẫu thí nghiệm 2.2.4.2. Thiết lập cơng thức tính: L/3 L/3 L/3 P M=P.L/6 Hình 2.6. Sơ đồ tính tốn mẫu thí nghiệm Từ cơng thức: Mgh − R b bx( h0 0.5 x) (2.5) áp dụng cho mẫu thí nghiệm ta cĩ kết quả tính tốn M 2.2.4.3. Các số liệu tính tốn của mẫu thí nghiệm: Các số liệu tính tốn được lấy theo kết quả thí nghiệm mẫu lập phương 15x15x15 của lần lược các tổ mẫu.
35 Rb là cường độ nén của lần lượt các tổ mẫu thí nghiệm Thép dọc: CB300; théo kết quả thí nghiệm ta cĩ Rs M= P3 a 2 5 ,5 Thép đai CB240; theo kết quả thí nghiệm ta cĩ Rs M= P2 a 8 2 ,9 Diện tích cốt thép tại tiết diện giữa nhịp: 2 Theo số liệu đầu vào: 2  10 cĩ AS =1,57 cm 2.2.4.4. Tính tốn khả năng chịu lực giới hạn của mẫu thí nghiệm a. Tính tốn tải trọng tới hạn. x RAss. Đặt === 2 hRbh0 b 0 Áp dụng cơng thức (2.5) cho mẫu dầm thí nghiệm ta được 2 MRbhhhghb −000( 0.5 ) (kNcm ) PL. M = (kNcm2) gh 6 6M P = gh (kN) max L P Q = max max 2 Kết quả tính tốn được thể hiện trong bảng 2.1. b. Tính tốn độ võng tới hạn; 2 1 fsLm = r max Trong đĩ: 5 + s = ; 48 11 + = ; rrmax1 + L= 0.6m. c. Kiểm tra khả năng chịu cắt QQQmax +b sw Kết quả tính tốn tải trọng và độ võng theo lý thuyết được trình bày ở bảng 2.1
36 Bảng 2.1. Kết quả tính tốn tải trọng và độ võng theo lý thuyết Lực tới Độ võng Khả nằng chịu cắt STT TỔ MẪU hạn P (kN) mm 1 B20-0 49,31 7,12 Khơng đảm bảo 2 B20-15 49,11 7,01 Khơng đảm bảo 3 B20-20 49,31 6,77 Khơng đảm bảo 4 B20-25 49,16 7,28 Khơng đảm bảo 5 B20-40 49,01 7,48 Khơng đảm bảo
37 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP B20 CĨ SỬ DỤNG HÀM LƯỢNG TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG 3.1. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 3.1.1. Cát (cốt liệu nhỏ) Theo tiêu chuẩn TCVN 7570-2006, thành phần hạt của cát thơ được sử dụng để chế tạo bê tơng quy định trong Bảng 3.1. Loại cát sử dụng trong thí nghiệm là Cát Sơng Ba tại mỏ của Cơng ty XDCT Hưng Thịnh. Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm Cát Hàm lượng bụi , bùn Đơn vị Độ ẩm Khối lương thể tích xốp Khối lượng riêng Nội dung sét (TCVN 7572- (TCVN 7572-7:2006) (TCVN 7572-6:2006) (TCVN 7572-4:2006) tính 8:2006) Khối lượng mẫu (g) 1000 1000 4227 4232 29 31 Hộp ẩm số (g) 1 2 Khối lượng hơp + cát ẩm (g) 237 257 Khối lượng hơp + cát khơ (g) 230 250 Khối lượng hộp (g) 52 52 Độ ẩm (% ) 4 4 khối lượng mẫu cịn lại sau khi rửa (g) 986 986 Hàm lượng bụi, bùn sét (% ) 1 1 Thể tích bình đơng (cm3) 2000 2000 Khối lượng bình đơng (g) 1367 1367 Khối lượng thể tích xốp (kg/m3) 1430 1433 Khối lượng bình + nước (g) 142 141 Khối lượng bình + nước + mẫu (g) 160 160 Khối lượng riêng (g/cm3) 3 3 Trung bình 4 1 1431 3 THÀNH PHẦN HẠT (TCVN7572-2 : 2006); Sàng trịn BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT Khối lượng trên sàng (g) % Riêng phần Cỡ sàng % Tích lũy TB cỡ 0 (mm) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 1 Mẫu 2 hạt 20 5 0.0 0.0 0.00 0.00 0.00 2.5 236.0 248.5 12.49 13.13 12.81 40 1.25 412.0 421.1 21.80 22.25 34.84 60 0.63 459.0 454.0 24.29 23.99 58.98 80 0.315 455.0 441.0 24.07 23.31 82.67 Trên sàng tích lũy (%) lũy tích sàng Trên 100 0.14 269.0 275.0 14.23 14.53 97.05 5 1,25 CỠ SÀNG (mm) 0,63 .140 0,315 2,5 0.071 59.0 52.6 3.12 2.78 100.00 - ĐỘ LỔ HỖNG: 46.17% - HÀM LƯỢNG HẠT > 5mm CHIẾ : 0% - MƠ ĐUN ĐỘ LỚN : 2.86 Kết luận : Theo TCVN 7570 - 2006 "Cốt liệu cho bê tơng và vữa. Yêu cầu kĩ thuật", mẫu cát đạt yêu cầu . 3.1.2. Xi măng Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poĩc lăng lăng theo TCVN 2682: 2009 được trình bày trong được quy định trong Bảng 3.2
38 Trong chương trình thí nghiệm này, tác giả sử dụng Xi măng Sơng Gianh PCB40. Các chỉ tiêu kỹ thuật được lấy từ nhà sản xuất như Bảng 2.3. Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm Xi măng Phương pháp thí ngiệm Thiết bị thí nghiệm chính Ngày thí nghiệm TCVN 4030-2003; TCVN-6017-1995; Cân điện tử kiểu: ShinKo VibraDJ3000TM -3Kg/0.01g TCVN 6016-2011 Máy kéo, nén, uốn kiểu: WE-1000B Khối lượng Độ mịn trên Độ dẻo tiêu Tính ổn định Đơn vị Khối lượng thể Thời gian đơng kết Nội dung riêng sàng 0,09mm chuẩn thể tích tính tích xốp (TCVN 4030-2003) (TCVN 6017 - 1995) Khối lượng mẫu (g) 840 841 65 65 50 50 500 500 Thể tích ống đơng (cm3) 500 500 Khối lượng ống đơng (g) 347.5 347.5 Khối lượng thể tích xốp (kg/m3) 985 987 Thể tích xi măng (cm3) 21.04 21.00 Khối lượng riêng (g/cm3) 3.09 3.10 Khối lượng mẫu trên sàng (g) 4.23 4.26 Phần trăm trên sàng (%) 8.46 8.52 Khối lượng nước trộn (g) 151 153 Tỷ lệ N/X (%) 30.20 30.60 Bắt đầu Phút 127 130 Kết thúc (phút) Phút 330 332 Số đọc (mm) 4.46 4.45 Trung bình 986 3.09 8.49 30.4 128.5 331.0 4.46 TCVN 6260 - 1997 - - 45 < 600 < 10 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN (TCVN 6016 - 2011) Kích thước mẫu 4x4x4cm ÉP R3 (3/1/1900) Ép R28 (28/1/1900) Thứ tự mẫu 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 Lực phá hoại mẫu (KN) 32.5 34.0 32.0 33.0 35.0 31.5 75 75 75 75 75 75 Cường độ chịu nén (N/mm2) 22.0 21.3 20.5 21.0 21.9 22.0 46.9 46.9 46.9 46.9 46.9 46.9 Trung bình (N/mm2) 21.4 46.9 Kết luận :Theo TCVN 6260-2009 “Xi măng pooc lăng hỗn hợp.Yêu cầu kĩ thuật”,mẫu xi măng đạt loại PCB40 . 3.1.3. Đá dăm 1x2 (cốt liệu lớn) Theo tiêu chuẩn TCVN 7570-2006, thành phần hạt của cát thơ được sử dụng để chế tạo bê tơng quy định trong Bảng 3.3. Sử dụng đá 1x2 của Cơng ty cổ phần Đầu tư N Ban Mai, cĩ kết quả thí nghiệm đá như sau:
39 Bảng 3. 3. Kết quả thí nghiệm đá Phương pháp thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm chính Ngày thí nghiện Cân điện tử kiểu: ShinKo VibraDJ3000TM -3Kg/0.01g; Cân điện tử kiểu: JZC-TSE -15Kg/1g TCVN 7572-2006 Máy nén kiểu: TYA 2000; Bộ sàng tiêu chuẩn Khối lượng thể tích đặc Độ nén dập trong xi lanh Hàm lượng bụi, Khối lượng thể Khối lượng riêng Nội dung Đơn vị tính bùn sét (TCVN tích xốp (TCVN Khơ Bão hịa Khơ Bão hịa 7572-8:2006) 7572-6:2006) (TCVN 7572-4:2006) (TCVN 7572-11:2006) Khối lượng mẫu (g) 5000 5000 9318 9324 521.3 538.0 521.3 538.0 521.3 538.0 3000 3000 3000 3000 Khối lượng mẫu cịn lại sau khi rửa (g) 4955 4956 Hàm lượng bụi, bùn sét (%) (%) 0.90 0.88 Thể tích bình đơng (cm3) 5000 5000 Khối lượng bình đơng (g) 2468 2468 Khối lượng thể tích xốp (Kg/m3) 1370 1371 Khối lượng cân khơ mặt (g) 525.7 542.6 525.7 542.6 Khối lượng bình + nước (g) 796.5 802.1 796.5 802.1 796.5 802.1 Khối lượng bình + nước + mẫu (g) 1129.8 1146.2 1129.8 1146.2 1129.8 1146.2 Khối lượng thể tích đặc (g/m3) 2.71 2.71 2.73 2.73 Khối lượng riêng (g/m3) 2.77 2.77 Khối lượng hạt dưới sàng 2.5 (g) 215 218 230 234 Độ nén dập (% ) 7.17 7.27 7.67 7.80 Hệ số hĩa mềm 0.93 Trung bình 0.89 1371 2.71 2.73 2.77 7.22 7.73 - HÀM LƯỢNG HẠT THOI + DẸT (TCVN 7572-13:2006) - PHONG HĨA + MỀM YẾU (TCVN 7572-17:2006) K/L hạt phong Cỡ hạt Khối lượng Khối Lượng hạt Cỡ hạt Khối lượng % từng phần % theo quyền hĩa + mềm yếu % từng phần % theo quyền (mm) mẫu (g) thoi + dẹt (g) (mm) mẫu (g) (g) 8823 355.3 4.03 8823 277.2 3.14 10 - 20 10 - 20 8818.9 377.0 4.27 8818.9 271.2 3.08 3.65 2.92 8225 251.8 3.06 8225 226.1 2.75 5 - 10 5 - 10 8217.9 261.0 3.18 8217.9 220.8 2.69 - THÀNH PHẦN HẠT (TCVN 7572-2:2006); Sàng trịn BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT Cỡ sàng Khối lượng trền sàng (g) Phần trăm riêng phần (%) Trên sàng tích lũy 0 (mm) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 1 Mẫu 2 trung bình (% ) 100 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 20 70 0.0 0.0 0.00 0.00 0.00 40 40 0.0 0.0 0.00 0.00 0.00 20 929.0 916.6 5.43 5.36 5.40 60 10 7894.0 7902.3 46.15 46.22 51.58 5 8225.0 8217.9 48.09 48.06 99.66 Trênsàng tích lũy (%) 80 < 5 56.0 61.7 0.33 0.36 100.00 Cỡ sàng (mm) 100 - CỠ HẠT : Dmax = 20mm; Dmin = 5mm; - ĐỘ LỔ HỔNG = 49.4% 5 10 15 20 25 30 35 40 Kết luận : Theo TCVN 7570 - 2006 "Cốt liệu cho bê tơng và vữa. Yêu cầu kĩ thuật", mẫu đá đạt yêu cầu. 3.1.4. Tro bay Tác giả sử dụng nguồn vật liệu tro bay Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân Tro bay dùng cho bê tơng và vữa xây: Tro bay dùng cho bê tơng và vữa xây cần đáp ứng chỉ tiêu chất lượng theo quy định hiện hành 3.1.5. Thép - Sử dụng thép Việt Mỹ: + Thép dọc chịu lực Φ10 – CB 300; + Thép đai Φ6 – CB 240.
40 Bảng 3.4. Kết qủa thí nghiệm kéo, uốn Giới Giới Loạ hạn hạn Thí nghiệm uốn Kết luận i chảy bền theo STT mẫ (F (F TCVN u chảy) bền) Gĩc uốn Kết qủa 1651-2008 (MPa) (MPa) (độ) Khơng 265,2 459,7 160-180 1 nứt Ф 6 Khơng I 282,9 477,4 160-180 Đạt 2 trơn nứt TCVN1651 Khơng 300,6 495,0 160-180 CB240-T 3 nứt Trung 282,9 477,4 bình: Khơng 268,7 427,9 160-180 1 nứt Ф 8 Khơng II 278,7 437,9 160-180 Đạt 2 trơn nứt TCVN1651 Khơng 288,6 447,9 160-180 CB240-T 3 nứt Trung 278,7 437,9 bình: Khơng 320,8 420,1 160-180 1 nứt Ф Đạt Khơng III 10 330,2 425,2 160-180 TCVN1651 2 nứt gân C300-V 327,8, Khơng 419,3 160-180 3 2 nứt Trung 325,5 421,5 bình: 3.2. Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 3.2.1. Trong quá chuẩn bị mẫu - Khuơn mẫu: Mẫu lập phương sử dụng khuơn nhựa KT: 150x150x150; - Mẫu trụ sử dụng khuơn nhựa KT: dxh 150x300; - Ván khuơn: Sử dụng ván ép phủ phim dày 18mm; - Máy trộn bê tơng: Sử sụng máy trộn vữa loại 150 lít;
41 - Cân: Sử dụng cân điện tử Cân điện tử kiểu: ShinKo VibraDJ3000TM - 3Kg/0.01g; Cân điện tử kiểu: JZC-TSE -15Kg/1g; - Cơn lấy độ sụt, thiết bị cầm tay để phục vụ chế tạo mẫu thử. 3.2.2. Trong chương trình thí nghiệm - Máy nén Model: TYA-2000; xuất sư Trung Quốc; - Hệ thống STS-WiFi với 12 kênh đo; - Máy nén là loại máy Wuxi Xiyi – China loại WE-1000B với cơng suất 100 tấn. 3.3. Chương trình thí nghiệm 3.3.1. Chuẩn bị mẫu 3.3.1.1. Thành phần cấp phối Các mẫu Đối chứng B20-0; B20-1; B0-1; B0-2 được đúc bằng hỗn hợp bê tơng cĩ thành phần cấp phối được xác định trong bảng 3.7 Các tổ hợp mẫu cịn lại được đúc bằng hỗn hợp bê tơng cĩ thành phần cấp phối (Cát, đá, nước) như bảng 3.7 và thành phần xi măng trong bảng 3.7 được thay thế bằng tro bay với hàm lượng lần lược là 15%; 20%; 25% và 40%. Bảng 3.5. Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tơng THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO 1M3 BÊ TƠNG B20 (M250) ĐỘ SỤT 6-8 STT TÊN VẬT LIỆU ĐƠN VỊ KHỐI LƯỢNG 1 Xi măng PCB 40 Nghi Sơn kg 309 2 Cát (Sơng Ba) m3 0.511 3 Đá 1x2 (Nắng Ban Mai) m3 0.842 4 Nước lít 190 3.3.1.2. Số lượng tổ hợp mẫu Sử dụng bê tơng đá 1x2 cấp độ bền chịu nén B20 để chế tạo các mẫu thử Số lượng mẫu thí nghiệm nén được thể hiện ở bảng 3.6
42 Bảng 3.6. Số lượng mẫu thí nghiệm nén SỐ LƯỢNG ST TÊN MẪU LẬP MẪU GHI CHÚ T MẪU PHƯƠNG TRỤ 1 B20-0 4 2 MẪU B20 ĐỐI CHỨNG THAY 15% XI MĂNG 2 B20-15 4 2 BẰNG TRO BAY THAY 20% XI MĂNG 3 B20-20 4 2 BẰNG TRO BAY THAY 25% XI MĂNG 4 B20-25 4 2 BẰNG TRO BAY THAY 40% XI MĂNG 5 B20-40 4 2 BẰNG TRO BAY Bảng 3.7. Mẫu dầm BTCT: Số lượng mẫu thí nghiệm uốn TÊN KÍCH THƯỚC SỐ STT GHI CHÚ MẪU MẪU LƯỢNG 1 B0-1 100x150x800 1 MẪU ĐỐI CHỨNG 2 B0-2 100x150x800 1 MẪU ĐỐI CHỨNG THAY THẾ 15% XM BẰNG 3 B15-1 100x150x800 1 TRO BAY THAY THẾ 15% XM BẰNG 4 B15-2 100x150x800 1 TRO BAY THAY THẾ 20% XM BẰNG 5 B20-1 100x150x800 1 TRO BAY THAY THẾ 20% XM BẰNG 6 B20-2 100x150x800 1 TRO BAY THAY THẾ 25% XM BẰNG 7 B25-1 100x150x800 1 TRO BAY
43 TÊN KÍCH THƯỚC SỐ STT GHI CHÚ MẪU MẪU LƯỢNG THAY THẾ 25% XM BẰNG 8 B25-2 100x150x800 1 TRO BAY THAY THẾ 40% XM BẰNG 9 B40-1 100x150x800 1 TRO BAY THAY THẾ 40% XM BẰNG 10 B40-2 100x150x800 1 TRO BAY Cấu tạo cốt thép của mẫu dầm: 2Þ8 1 6Þ150 3 150 2Þ10 100 2 Hình 3.1. Mặt cắt ngang của mẫu dầm thí nghiệm. 3.3.1.3. Quy trình đúc mẫu và bảo dưỡng Hỗn hợp bê tơng được trộn bằng máy trộn, quy trình trộn bê tơng cụ thể như sau: Hình 3.2. Cân đo, xác định khối lượng các thành phần cấp phối.
44 Trước hết cho máy chạy khơng tải một vài vịng, khi trộn mẻ đầu tiên thì đổ một ít nước cho ướt vỏ cối và bàn gạt để khơng bị mất nước do vỏ cối và bàn gạt hút nước, đồng thời khơng làm vữa bê tơng dính vào cối. Tiến hành cân các cốt liệu cho vào cùng một lúc cho cối chạy xoay đều một lúc để các các cốt liệu được trộn đều với nhau, sau đĩ tiến hành cân nước với tỷ lệ tương ứng ghi trong Bảng 3.7 thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tơng. Sau khi trộn xong, hỗn hợp bê tơng được đưa vào khuơn mẫu và được đầm chặt. Quy trình đúc như sau: - Chuẩn bị: Khuơn nhưa lập phương, khuơn nhựa hình trụ, khuơn dầm, búa cao su nhỏ, bay, thanh đầm; - Khuơn được lau sạch và bơi 1 lớp luyn mỏng vào mặt trong khuơn; - Cho hỗn hợp bê tơng vào khuơn làm 2 lớp, mỗi lớp đầm 25 cái trên tồn bộ diện tích mặt khuơn; - Dùng búa cao su gõ đều xung quanh để tránh rổ mặt mẫu bê tơng; - Dùng bay xoa phẳng mặt khuơn; - Dùng bút xĩa ghi ngày giờ đúc, tỷ lệ N/B và tỷ lệ tro bay thay; - Sau khi đúc, mẫu được phủ bạt để chống mất nước từ mặt và đặt trong mơi trường khơng khí tại phịng Thí nghiệm LAS XD 162 Trường ĐH Xây dựng Miền Trung; - Sau 20-24(h), tháo ván khuơn, mẫu thí nghiệm được bảo dưỡng theo quy định chờ đến các ngày tuổi cịn lại là 3,7,28 ngày tiến hành thí nghiệm uốn dầm và nén mẫu.
45 Hình 3.3. Gia cơng Ván khuơn cốt thép. Hình 3.4. Đổ bê tơng mẫu.
46 Hình 3.5. Đúc mẫu thí nghiệm. Hình 3.6. Trộn bê tơng.
47 Hình 3.7. Dưỡng hộ mẫu dầm BTCT. 3.3.2. Xác định cường độ chịu nén, Module đàn hồi (TCVN 3118 – 1993) 3.3.2.1. Cường độ chịu nén P Rb = (3.1) A - Trong đĩ: + A – diện tích tiết diện ngang của mẫu; Cường độ chịu nén của các tổ hợp mẫu ở tuổi 3 ngày; 7 ngày và 28 ngày được xác định bằng phương pháp nén phá hoại mẫu. Hình 3.8. Nén phá hoại mẫu.
48 Hình 3.9. Mẫu thí nghiệm lập phương bị phá hoại. Qua quá trình thí nghiệm, thu thập và sử lý số liệu, Cường độ của các tổ hợp mẫu được thể hiện ở Hình 3.9. Mẫu thí nghiệm lập phương bị phá hoại. Hình 3.10. Biểu đồ cường chịu nén của các tổ hợp mẫu. 3.3.2.2. Module đàn hồi Eb Phương pháp thí nghiệm: Xác định cường độ lăng trụ: Đo kích thước để tính tiết diện chịu nén và gia tải phá hoại từng viên như thử cường độ chịu nén
49 Xác định mơ đun đàn hồi: Đặt từng viên mẫu vào chính tâm dưới của máy nén. Đặt tải tạo ứng suất ban đầu bằng 0.5daN/cm2 lên mẫu. Ghi lại giá trị đồng hồ đo ở mặt đứng của viên mẫu. Tăng tải lên mẫu với vận tốc 6 ± 45daN/cm2 trong 1s cho tới khi đạt ứng suất thử bằng khoảng 1/3 giá trị cường độ xác định ở trên. Giữ tải ở ứng suất này 60s và đọc giá trị đồng hồ đo ở mặt trong khoảng 30 giây nữa. Tính biến dạng tương đối ở từng mặt bằng bằng hiệu số 2 lần đọc đồng hồ gắn trên mặt đĩ, chia cho khoảng cách rồi tính giá trị trung bình của 4 mặt. - Tính kết quả: Mơ đun đàn hồi khi nén tĩnh của từng viên mẫu tính bằng daN/cm2 theo cơng thức: 10− E0 = (3.1) 10− - Trong đĩ: 2 휀1 Ứng suất thử bằng 1/3 cường độ lăng trụ daN/cm 2 휀0 Ứng suất ban đầu bằng 0.5 daN/cm 휀0 , 휀1 Chênh lệch biến dạng tương đối của bêtơng ở mức ứng suất thử so với mức ứng suất ban đầu. Hình 3.11. Thí nghiệm xác định Mơ đun đàn hồi.
50 Qua quá trình thí nghiệm, thu thập và sử lý số liệu Giá trị Mơ đun đàn hồi Eb của các tổ mẫu được trình bày ở bảng 3.2 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát Module đàn hồi và hệ số poisson STT TỔ MẪU Eb (Gpa) Poisson 1 B20-0 28,8 0,242 2 B20-15 27,95 0,25 3 B20-20 28,9 0,253 4 B20-25 27 0,252 5 B20-40 26,17 0,227 3.3.3. Thực nghiệm khả năng chịu uốn 3.3.3.1. Uốn dầm 4 điểm 200 200 200 KÍCH THỦY LỰC BỘ LOADCELL GỐI DI ĐỘNG MẪU THÍ NGHIỆM 150 GỐI CỐ ĐỊNH LDVT 100 600 100 Hình 3.12. Sơ đồ thí nghiệm dầm. Cảm biến chuyển vị LV9803 giám sát chuyển vị đứng được gắn ở giữa mẫu dầm; Cảm biến Loadcell đặt phía dưới để đo cường độ lực chịu nén dưới tác dụng của máy nén mẫu; Hệ thống đo STS-WiFi của hãng BDI (Mỹ) với bộ đo 12 kênh sử dụng cho thí nghiệm này, cĩ thể mở rộng thêm số kênh lên tới 32 kênh đo biến dạng, chuyển vị, dao động, Máy nén là loại máy Wuxi Xiyi – China loại WE- 1000B với cơng suất 100 tấn.
51 Hình 3.13. Lắp đặt mẫu, Loadcell, LDVT. Hình 3.14. Số liệu Hệ thống đo STS-WiFi.
52 3.3.3.2 Kết quả thí nghiệm uốn dầm. Hình 3.15. Mẫu thí nghiệm bị phá hoại cắt Hình 3.16. Mẫu B20-0-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt
53 Hình 3.17. Mẫu B20-15-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt Hình 3.18. Mẫu B20-15-2 bị phá hoại uốn
54 Hình 3.19. Mẫu B20-20-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt Hình 3.20. Mẫu B20-20-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt
55 Hình 3.21. Mẫu B20-25-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt Hình 3.22. Mẫu B20-25-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt
56 Hình 3.23. Mẫu B20-40-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt Hình 3.24. Mẫu B20-40-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt Thí nghiệm uốn 5 tổ hợp mẫu dầm lần lượt là B-0; B-15; B-20; B-25 và B-40, thu thập và sử lý số liệu, kết quả được trình bày dưới đây
57 Bảng 3.9. Kết quả Thí nghiệm uốn 5 tổ hợp mẫu BẢNG TÍNH TỐN LÝ THUYẾT Cường độ nén tính tốn Lực Phá hoại STT TỔ MẪU Rb (Mpa) P (kN) 1 B20-0 20,32 49,29 2 B20-15 21,18 49,09 3 B20-20 23,41 49,29 4 B20-25 19 49,15 5 B20-40 17,48 48,9 Hình 3.25. Quan hệ tải trọng và chuyển vị Mẫu đối chứng.
58 Hình 3.26. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-15). Hình 3.27. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-20).
59 Hình 3.28. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-25). Hình 3.29. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-40).
60 80 70 60 50 40 Tải trọng KN trọng Tải 30 20 10 B-0 B-15 B-20 B-25 B-40 0 0 1 2 3 4 5 6 7 ĐỘ VÕNG f (mm) Hình 3.30. Biểu đồ tổng hợp so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị của các tổ mẫu thí nghiệm. 3.3. Phân tích, nhận xét 3.4.1. Về cường độ chịu nén Ở thời điểm 7 ngày tuổi, mẫu đối chứng phát triển 52% cường độ; Mẫu B-15 Phát triển được 37 % cường độ; Mẫu B-20 đạt 46%; mẫu B-25 đạt 49%; mẫu B-40 đạt 33% cường độ so với mẫu đối chứng ở 28 ngày tuổi. Ở thời điểm 7 ngày tuổi, mẫu đối chứng phát triển 70% cường độ; Mãu B-15 Phát triển được 66% cường độ; Mẫu B-20 đạt 67%; mẫu B-25 đạt 64%; mẫu B-40 đạt 50% cường độ so với mẫu đối chứng ở 28 ngày tuổi. Ở thời điểm 7 ngày tuổi, mẫu đối chứng phát triển 100% cường độ; Mãu B-15 Phát triển được 104% cường độ; Mẫu B-20 đạt 115%; mẫu B-25 đạt 94%; mẫu B-40 đạt 86% cường độ so với mẫu đối chứng ở 28 ngày tuổi Khi thay 15% hàm lượng xi măng bằng tro bay trong bê tơng sẽ làm cường độ bê tơng phát triển chậm ở 3 ngày đầu. Tới 28 ngày tuổi, cường độ bê tơng sẽ xấp xỉ cường độ của mẫu đối chứng Khi thay 20% ( Mẫu B-20) hàm lượng xi măng bằng tro bay sẽ làm cường độ bê tơng phát triển chậm trong 3 ngày tuổi đầu, đến 7 ngày tuổi thì cường độ
61 phát triển tương đương mẫu đối chứng. Đến 28 ngày tuổi, Mẫu B-20 cĩ cường độ cao hơn mẫu đối chứng. Khi thay 25% ( Mẫu B-25) hàm lượng xi măng bằng tro bay sẽ làm cường độ bê tơng phát triển chậm trong 3 ngày tuổi đầu, đến 7 ngày tuổi thì cường độ phát triển xấp xỉ mẫu đối chứng. Đến 28 ngày tuổi, Mẫu B-20 cĩ cường độ gần bằng mẫu đối chứng. Khi thay 40% ( Mẫu B-40) hàm lượng xi măng bằng tro bay sẽ làm cường độ bê tơng phát triển rất chậm trong khoảng từ 3 đến 7 ngày tuổi và đến 28 ngày tuổi, Mẫu B-40 cĩ cường độ thấp hơn hẳn mẫu đối chứng. 3.4.2. Về khả năng chịu uốn theo thực nghiệm Mẫu đối chứng B-0 Chuyển vị lớn nhất là 3.511mm tương ứng với tải trọng phá hoại là 73.01kN. Mẫu B-15 Chuyển vị lớn nhất là 5.709 mm tương ứng với tải trọng phá hoại là 72.09kN. Mẫu B-20 Chuyển vị lớn nhất là 4.594 mm tương ứng với tải trọng phá hoại là 71.78 kN. Mẫu B-25 Chuyển vị lớn nhất là 4.789 mm tương ứng với tải trọng phá hoại là 71.33kN. Mẫu B-40 Chuyển vị lớn nhất là 6.341 mm tương ứng với tải trọng phá hoại là 66.27kN. 3.4.3. Nhận xét: Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả tính tốn lý thuyết, thực nghiệm TÊN P P Chuyển vị Chuyển vị MẪU Lý thuyết Thực nghiệm Lý thuyết Thực nghiệm STT (kN) (kN) (MM) (MM) 1 B20 -0 49,29 73,48 7,12 3,511 2 B20-15 49,09 72,09 7,01 5,709 3 B20-20 49,29 71,78 6,77 4,594 4 B20-25 49,15 71,33 7,28 4,789 5 B20-40 48,9 67,59 7,48 6,34
62 Kết quả tổng hợp tính tốn lý thuyết và thực nghiệm thể hiện: - Tải trọng phá hoại của các mẫu thí nghiệm giữa thí nghiệm khơng sai khác nhiều (chưa tới 2%); - Mẫu thí nghiệm B20-20 Cĩ tải trọng phá hoại lớn nhất (71,245kN) và chuyển vị nhỏ nhất (6,77mm). Ở các hình 3.25; 3.26 và 3.27 cho thấy đường cong quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ở các mẫu B20-0; B20-15 và B20-20 là tương đồng và cĩ sự sai khác đối với hình 3.28 và 3.29 Hình thái phá hoại của mẫu dầm theo lý thuyết và thực nghiệm là tương đồng, thực nghiệm uốn dầm 4 điểm cho kết quả đáng tin cậy.
63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận Khi thay thế từ 15% đến 20% hàm lượng xi măng bằng tro bay trong bê tơng, tuy cường độ chịu nén của bê tơng cĩ phát triển chậm trong khoản thời gian trước 28 ngày tuổi. Nhưng đến 28 ngày tuổi, bê tơng vẫn đảm bảo cường độ nén theo yêu cầu. Khi sử dụng tro bay thay thế xi măng, hình dạng đường cong quan hệ lực chuyển vị của dầm bê tơng cốt thép dường như khơng đổi nhiều. Khi thay thế từ 15% đến 20% xi măng bằng tro bay thì sự làm việc của dầm bê tơng cốt thép hầu như ít bị ảnh hưởng. Khi tăng hàm lượng thay thế xi măng bằng tro bay lên 25% đến 40% thì khả năng làm việc của dầm BTCT bắt đầu bị suy giảm. Trong giới hạn tỉ lệ tro bay thay thế xi măng từ 15%, 20%, và 40% 25% tất cả các dầm bê tơng cốt thép đều phá hoại dẻo. 4.2. Kiến nghị Nên sử dụng tro bay để thay thế một phần xi măng trong bê tơng. Tro bay được dùng chế tạo bê tơng sẽ giảm được nhiều kinh phí để xử lý loại phế thải cơng nghiệp, hạn chế việc ơ nhiễm mơi trường do tro bay gây ra; đồng thời, hạn chế việc sử dụng xi măng tức hạn chế việc khai thác tài nguyên, hạn chế việc ơ nhiễm mơi trường trong quá trình sản xuất xi măng. Tác giả nhận thấy cần nghiên cứu mẫu cĩ hàm lượng tro bay thay thế xi măng với các tỷ lệ chi tiết hơn trong khoảng từ 15% đến 20% để cĩ đánh giá tổng quan hơn, xác định đượng hàm lượng tối ưu hơn khi sử dung cho cấu kiện dầm bê tơng cốt thép. Ngồi ra cần nghiên cứu xác định tỷ lệ nước và bột khi sử dụng tro bay thay thế xi măng trong cấu kiện dầm bê tơng cốt thép
63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng anh 1. L. Paoletti, M. Diociaiuti, A.Gianfagna, G. Viviano (1994),” Physico- chemical characterization of crystalline phases in fly ash” Microchimica Acta, 114(1), 397-404. 2. Bamforth, P.B (1980.), In Situ Measurement of the Effect of Partial Portand Cement Replacement Using Either Fly Ash or Ground Granulated Blast Furnace Slag on the Performance of Mass Concrete, Proc. Inst. Civil Engrs. Part 2, pp. 777 – 800. Tiếng Việt 3. TCVN 10302:2014 phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tơng, vữa xây và xi măng. 4. ThS. Nguyễn Cơng Thắng, TS. Nguyễn Văn Tuấn, PGS.TS Phạm Hữu Hanh, ThS. Nguyễn Trọng Lâm (2013) – “Nghiên cứu chế tạo bê tơng chất lượng siêu cao sử dụng hỗm hợp phụ gia khốn Silca fume và tro bay sẵn cĩ ở Việt Nam”, Trường Đại học Xây dựng. 5. TCVN 8262:2009 Tro bay - Phương pháp phân tích hĩa học. 6. TCVN 5574: 2018 Kết cấu Bê tơng và Bê tơng cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế. 7. TCVN 3118: 1993 Bê tơng nặng – Phương pháp xác định cường độ nén. 8. TCVN 5726:1993 Bê tơng nặng – Phương pháp xác định cường độ lăng trụ và Mơ đàn hồi khi nén tĩnh 9. Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đến sự phát triển cường độ vữa xi măng – Nguyễn Văn Vinh. LV Thạc sĩ năm 2018 Đại học Đà nẵng. 10. Nguyễn Văn chính – Đặng Văn Mến: “Ảnh hưởng của tro bay nhà máy nhiệt điện duyên hải đến cường độ chịu nén và khả năng thấm của bê tơng”. ISSN 1859-1531 Tạp chí KH-CN Đại học Đà Nẵng. 11. Lâm, N. T., Linh, N. N., Nam, T. V., Kiên, V. D., Khải T. V., & Hiếu P. Đức. (2020). Ảnh hưởng của tro bay thay thế một phần xi măng đến tính chất
64 của bê tơng thương phẩm. Tạp Chí Khoa Học Cơng Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 14(4V), 96-105.