Ứng xử của dầm bê tông cốt thép tái chế sử dụng phụ gia silica fume gia cường bằng tấm CFRP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ỨNG XỬ CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP TÁI CHẾ SỬ DỤNG PHỤ GIA SILICA-FUME GIA CƯỜNG BẰNG TẤM CFRP S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2022 - 203 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: VIÊN TẤN LỰC S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT THƯỞNG GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM 2022 ỨNG XỬ CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP TÁI CHẾ SỬ DỤNG PHỤ GIA SILICA- FUME GIA CƯỜNG BẰNG TẤM CFRP MÃ SỐ: SV2022-203 Thuộc lĩnh vực: Kỹ thuật Xây dựng Nhóm SV thực hiện: Viên Tấn Lực Nam, Nữ: Nam Bùi Lê Trung Hiếu Nam, Nữ: Nam Phan Quốc Kiệt Nam, Nữ: Nam Chu Công Hiếu Nam, Nữ: Nam Nguyễn Minh Kiệt Nam, Nữ: Nam SV chịu trách nhiệm chính: Viên Tấn Lực Dân Tộc: Kinh Lớp, Khoa: 18149CL5B, Năm thứ / Số năm đào tạo Ngành học: Kỹ thuật cơng trình xây dựng GV hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hưng TP Thủ Đức - Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Ứng xử dầm bê tông cốt thép tái chế sử dụng phụ gia Siliaca – Fume gia cường CFRP - Chủ nhiệm đề tài: Viên Tấn Lực - Lớp: 18149CL5B Mã số SV: 18149124 Khoa: Đào tạo Chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên Bùi Lê Trung Hiếu MSSV 18149084 Lớp 18149CL5B Khoa Đào tạo Chất lượng cao Phan Quốc Kiệt 18149112 18149CL5B Đào tạo Chất lượng cao Chu Công Hiếu 18149085 18149CL5B Đào tạo Chất lượng cao Nguyễn Minh Kiệt 18149115 18149CL5B Đào tạo Chất lượng cao - Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hưng Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng việc dầm bê tông sử dụng cốt liệu bê tơng tái chế có sử dụng phụ gia silica-fume gia cường CFRP Đánh giá ảnh hưởng bê tông tái chế tới cường độ bê tông dầm sử dụng phụ gia silica-fume gia cường CFRP So sánh cường độ dầm bê tông sử dụng cốt liệu tái chế có phụ gia silica-fume dầm bê tơng thường Tính sáng tạo: Đề tài nghiên cứu ứng xử dầm bê tông sử dụng đa dạng cốt liệu tái chế để đánh giá khách quan khả chịu lực chuyển vị dầm Song song đề tài để thêm vào phụ gia Siliaca – Fume gia cường mẫu nghiên cứu CFRP để từ tìm hiểu ứng xử dầm phụ gia gia cường Kết nghiên cứu: So sánh kết qủa tính tốn dầm tái chế gia cường CFRP dầm để đưa kết luận độ võng, vết nứt khả chịu lực Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Hoàn thiện thêm lý thuyết ứng dụng loại vật liệu tái chế từ vụn bê tông Khả ứng dụng vụn bê tông bê tông so với bê tông cốt liệu tự nhiên Làm phong phú thêm kết đặc điểm, tính chất hỗn hợp bê tông sử dụng vụn bê tông tái chế Kết nghiên cứu sử dụng công tác thiết kế sản xuất thành phần cốt liệu phục vụ lĩnh vực khác Các kết nghiên cứu làm tài liệu tham khảo cho đơn vị xây dựng cơng trình, cho nhà quản lý, làm tài liệu giảng dạy đại học sau đại học Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): TP Thủ Đức, Ngày 10 tháng 06 năm 2022 SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Viên Tấn Lực Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): TP Thủ Đức, Ngày 10 tháng 06 năm 2022 Người hướng dẫn (kí, họ tên) TS Nguyễn Thanh Hưng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC BẢNG BIỂU VI VII VIII CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Mở đầu 1.2 Nguồn gốc bê tông 1.3 Những khó khăn ứng dụng vụn bê tông 1.4 Những thuận lợi sử dụng phế thải bê tông 1.5 Sự cần thiết đề tài mục tiêu nghiên cứu 1.5.1 Tính cấp thiết đề tài 1.5.2 Mục đích nghiên cứu đề tài 1.5.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.6 Kết luận chương CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 Mẫu dầm thí nghiệm 2.2 Bê tông 2.3 Cốt thép 2.4 Silica – fume 10 2.5 Tấm CFRP UT70 - 30G 11 2.6 Keo lót keo phủ 11 2.7 Chuẩn bị mẫu dầm thí nghiệm 12 2.7.1 Vật liệu 12 2.7.2 Gia cường dầm CFRP 13 2.8 Thí nghiệm uốn dầm 15 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19 3.1 Đặc trưng học bê tông 19 3.2 Quan hệ tải trọng chuyển vị CHƯƠNG KẾT LUẬN 19 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 LỜI CẢM ƠN Đề tài “Ứng xử dầm bê tông cốt thép tái chế sử dụng phụ gia Silica – Fume gia cường CFRP” kết nghiên cứu thời gian vừa qua nhóm sinh viên hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Thanh Hưng Mục đích đề tài nhằm nghiên cứu ảnh hưởng bê tông tái chế dụng phụ gia Silica- Fume, gia cường CFRP so với dầm bê tơng cốt thép thơng thường Nhóm tác giả nghiên cứu xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hưng tận tình hướng dẫn, bồi dưỡng kiến thức lực nghiên cứu khoa học Nhóm tác giả cảm ơn Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, khoa Xây dựng Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM , Phịng Thí nghiệm cơng trình Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, động viên tạo điều kiện thuận lợi để nhóm nghiên cứu hồn thành đề tài DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Đấu trường Collosseum Hình 1.2 Vụn bê tơng 3 Hình 2.1 Mẫu dầm thí nghiệm Hình 2.2 Lịng thép sau thi cơng Hình 2.3 Silica-Fume 10 Hình 2.4 Tấm CFRP UT70-30G 11 Hình 2.5 Keo lót keo phủ 12 Hình 2.7 Vật liệu đúc dầm Hình 2.8 Nén mẫu bê tơng 12 Hình 2.9 Làm nhẵn bề mặt dầm 14 Hình 2.10 Lăn keo lót lên bề mặt dầm 14 Hình 2.11 Lăn keo dán bề mặt dầm 14 Hình 2.12 Dán CFRP vào bề mặt dầm 15 Hình 2.13 Mơ hình uốn dầm 16 Hình 2.14 Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị 17 Hình 2.15 Dầm bị uốn bắt đầu xuất vết nứt 17 Hình 2.16 Giai đoạn phá hoại dầm 18 Hình 2.17 Giai đoạn bốc tách bê tơng với CFRP Hình 3.1 Biểu đồ tải trọng chuyển vị dầm 18 20 Hình 3.2 Hình ảnh phá hoại dầm 21 11 1.5 Tấm CFRP UT70 - 30G Để tăng khả chịu tải trọng cho mẫu dầm, nghiên cứu sử dụng loại CFRP UT70-30G hình 2.4 với thông số bảng để gia cường cho mẫu dầm M1, M2, M3, M4 Hình 2.4 Tấm CFRP UT70-30G Bảng 2.4 Thông số vật liệu CFRP UT70-30G Trọng lượng sợi Carbon Độ dày (mm) Modul đàn hồi (GPa) (g/m2) 300 1.6 0.167 245 Keo lót keo phủ Keo dán sử dụng bao gồm keo lót AUP40S có: lực bám dính với bê tơng MPa; keo phủ AUR80S có: cường độ chịu kéo 30 MPa, độ bên chịu uốn 40MPa cường độ chịu nén 70 MPa sử dụng nghiên cứu 12 Hình 2.5 Keo lót keo phủ 1.7 Chuẩn bị mẫu dầm thí nghiệm 2.1.1 Vật liệu Trong hình 2.7 thể loại vật liệu để chế tạo hai loại bê tông dùng cho dầm: Với dầm M1 sử dụng loại bê tông cốt liệu tự nhiên; dầm M2 sử dụng bê tông cốt liệu tự nhiên cốt liệu tái chế 30% phụ gia Silica-Fume 10%; dầm M3 sử dụng bê tông cốt liệu tự nhiên cốt liệu tái chế 50% phụ gia SilicaFume 10%; dầm M4 sử dụng bê tông cốt liệu tự nhiên cốt liệu tái chế 70% phụ gia Silica-Fume 10% dầm gia cường kháng uốn phương pháp dán CFRP mặt đáy dầm Cường độ bê tơng mẫu dầm thí nghiệm nén để xác định hình 2.8 Hình 2.6 Vật liệu đúc dầm Hình 2.7 Nén mẫu bê tơng 13 2.1.2 Gia cường dầm CFRP Sau dầm chế tạo theo thiết kế, dầm bảo dưỡng để đảm bảo cường độ theo tiêu chuẩn Các mẫu dầm gia cường CFRP hãng Toray Nhật Bản loại UT70-30G, keo dán loại AUP40S AUR80S pha chế theo tỷ lệ nhà sản xuất Tấm CFRP có kích thước rộng 200mm, dài 1800mm dán vào đáy dầm tương ứng với vùng làm việc chịu kéo Trước dán CFRP, toàn bề mặt dầm mài nhẵn máy mài cầm tay, vệ sinh bề mặt khô để không làm ảnh hưởng đến chất lượng bám dính keo gián bề mặt bê tông - Các bước gia cường dầm CFRP ● Mài bề mặt dầm nhẵn, dọn để dầm khô ● Lau bụi bề mặt dầm cần gia cường ● Trộn keo theo tỉ lệ ● Lăn lớp keo lót lên bề mặt dầm đợi keo khô ● Trát keo lên mặt dầm cần gia cường ● Dán CFRP lên dầm, miết bề mặt để dính sát vào bề mặt dầm ● Lăn thêm lớp keo lên bề mặt CFRP phía bên ngồi cho ướt hết ● Đợi keo khô sau tuần mang dầm thực bước sau 14 Hình 2.8 Làm nhẵn bề mặt dầm Hình 2.9 Lăn keo lót lên bề mặt dầm Hình 2.10 Lăn keo dán bề mặt dầm 15 Hình 2.11 Dán CFRP vào bề mặt dầm 1.8 Thí nghiệm uốn dầm Thí nghiệm uốn ba điểm thực cho mẫu dầm để có biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị Sơ đồ thí nghiệm minh họa hình bên Khoảng cách từ gối tựa đến điểm đặt lực 750 mm Tải trọng tác dụng tạo kích thủy lực hệ thống bơm dầu tự động, lực tác dụng xác định Load-Cell đo lực Trên dầm thí nghiệm bố trí ba dụng cụ đo chuyển vị LVDT, LVDT1 LVDT3 đặt cách LVDT2 200mm, LVDT2 đặt vị trí dầm Tất dụng cụ đo kết nối với xử lý số liệu Data-Logger TDS-150, để ghi nhận số liệu tự động liên tục Trong hình 2.13 thí nghiệm uốn thực dầm, trình gia tải với tải trọng tăng từ từ dầm bị phá hoại Thí nghiệm kết thúc dầm xuất dấu hiệu bị phá hoại bê tông vùng nén bị vỡ, lớp dán gia cường bị bong tách hoàn toàn Từ kết thí nghiệm xác định tham số đặc trưng cho khả chịu uốn dầm, bao gồm: tải trọng phá hoại (Pph, kN) tải trọng lớn dầm chịu được, chuyển vị dầm thời điểm đạt đến tải trọng phá hoại (fph, mm) dạng phá hoại dầm phá hoại (Pph, kN) tải trọng lớn dầm chịu được, chuyển vị 16 dầm thời điểm đạt đến tải trọng phá hoại (fph, mm) dạng phá hoại dầm Hình 2.12 Mơ hình uốn dầm Hình 2.13 Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị 17 Hình 2.14 Dầm bị uốn bắt đầu xuất vết nứt Hình 2.15 Giai đoạn phá hoại dầm 18 Hình 2.16 Giai đoạn bốc tách bê tơng với CFRP 19 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng học bê tông Cường độ chịu nén bê tơng xác định thí nghiệm theo mẫu lập phương cho thấy với cấp phối thiết kế, cường độ mẫu tương ứng với dầm đạt cường độ đặt nghiên cứu Với mẫu bê tông sử dụng cốt liệu tái chế có phụ gia Silica-Fuma đạt cường độ tương đồng có khác biệt lớn cấp phối có hàm lượng cốt liệu tái chế Điều cho thấy phụ gia Silica-Fume làm thay đổi đáng kể mặt học do: Một phần hạt Silica-Fume xâm nhập vào lỗ rỗng cốt liệu bê tông tái chế; Các vết nứt khuyết tật có sẵn cốt liệu bê tông tái chế lấp đầy phản ứng hóa học 3.2 Quan hệ tải trọng chuyển vị Hình biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị 04 dầm, quan sát kết thu cho thấy đồng mẫu dầm M1, M2, M3, M4 dầm gia cường có mối quan hệ phi tuyến tải trọng chuyển vị rõ ràng Tại giá trị tải trọng từ kN đến 60 kN chuyển vị dầm tương đồng với độ cứng dầm tương đương nhau, điều cho thấy ảnh hưởng rõ việc gia cường CFRP Với tải trọng từ 60 kN đến tải trọng phá hoại mẫu dầm cho thấy chuyển vị khác biệt mẫu dầm, điều cho thấy ứng xử dầm thay đổi rõ phụ thuộc vào cường độ bê tông Mặt khác từ Hình cho thấy khả chịu tải dầm M4 sử dụng bê tông cốt liệu tự nhiên cốt liệu tái chế 70% phụ gia SilicaFume 10% có khả chịu tải tốt dầm cịn lại điều cho thấy dầm bê tơng cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế tới 70% có phụ gia Silica-Fume 10% gia cường CFRP hiệu 140 140 120 120 100 100 Tải trọng P (kN) Tải trọng P (kN) 20 80 60 Dầm M2 Dầm M1 Dầm M3 Dầm M4 40 20 80 60 Dầm M1 Dầm M2 Dầm M3 Dầm M4 40 20 0 10 15 20 Chuyển vị f (mm) 25 10 15 20 Chuyển vị f (mm) a) Biểu đồ tải trọng chuyển vị b) Biểu đồ tải trọng chuyển vị bên dầm (LVDT2) trái dầm (LVDT1) 25 Hình 3.1 Biểu đồ tải trọng chuyển vị dầm Kết thí nghiệm cho phép xác định, dầm gia cường M1 có tải trọng phá hoại Pph = 108.27 kN, chuyển vị nhịp tương ứng fph = 22.07 mm, dầm gia cường M2 có tải trọng phá hoại Pph = 96.4 kN, chuyển vị nhịp tương ứng fph = 16.73 mm, dầm gia cường M3 có tải trọng phá hoại Pph = 81.87 kN, chuyển vị nhịp tương ứng fph = 10.19 mm, dầm gia cường M4 có tải trọng phá hoại Pph = 115.71 kN, chuyển vị nhịp tương ứng fph = 19.07 mm Do có tham gia làm việc chịu kéo dán CFRP gia cường đáy dầm, nên tải trọng thí nghiệm tăng đến tải trọng phá hoại bê tơng, mặt khác khơng có phá hoại bề mặt lớp bê tơng với CFRP (Hình 3.1a), tiếp tục gia tải tải trọng không tăng chuyển vị tăng có bóc tách lớp bê tơng với CFRP (Hình 3.1b) 21 a) Giai đoạn phá hoại dầm b) Giai đoạn bóc tách bê tơng với CFRP Hình 3.2 Hình ảnh phá hoại dầm 22 CHƯƠNG KẾT LUẬN Kết thí nghiệm 04 dầm BTCT có kích thước 200 × 300 × 1800 mm gia cường phương pháp dán CFRP Trong 01 dầm dùng cốt liệu tự nhiên M1 03 dầm dùng cốt liệu tái chế tương ứng M2, M3, M4 cho dầm Từ kết nghiên cứu đưa số kết luận sau: - Cốt liệu bê tông tái chế thay cốt liệu tự nhiên thay đổi số đặc trưng học bê tông, nhiên, chất phụ gia Silica-Fume có khả cải thiện rõ đặc trưng học bê tông tái chế ứng xử dầm - Lớp gia cường CFRP cho dầm làm tăng khả chịu kéo dầm, phá hoại bề mặt lớp bê tơng với CFRP (Hình 3.1) dầm đạt tới tải trọng phá hoại, cho thấy hiệu việc gia cường dầm bê tông cốt thép dùng cốt liệu tái chế có phụ gia Silica-Fume - Dầm bê tơng cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế có phụ gia Silica-Fume ứng xử uốn tương tự dầm bê tông cốt liệu tự nhiên gia cường CFRP dầm sử dụng cốt liệu tái chế tới 70% có phụ gia Silica-Fume 10% gia cường CFRP cho thấy hiệu 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bibhuti Bhusan Mukharjee and Sudhirkumar V Barai (2015), Development of construction materials using nano-silica and aggregates recycled from construction and demolition waste, Waste management & research, pp 1-9 [2] M Rezania, M Panahadeh, S.M.J Razavi, F Berto (2019), Experimental study of the simultaneous effect of nano- silica and nano- carbon black on permeability and mechanical properties of the concrete, Theoretical and applied fracture mechanics- 104 (2019) [3] Ankit Agarwal, Shreya Bhusnur, T.Shanmuga Priya (2020), Experimental investigation on recycled aggregate with laboratory concrete waste and nanosilica, Materials today : Proceedings- 22(2020), pp 1433-1442 [4] M.S.I Choudhury, A.F.M.S Amin, M.M Islam, A Hasnat ( 2016), Effect of confining pressure distribution on the dilation behavior in FRP- confined plain concrete columns using stone, brick and recycled aggregates, Construction and bulding materials-102(2016), pp.541-551 [5] D Vivek, K.S Elango, R Saravanakumar, B Mohamed Rafek, P Ragavendra, S Kaviarasan, E Raguram, Effect of nano-silica in high performance concrete, Materials today : Proceedings [6] Bibhuti Bhusan Mukharjee, Sudhirkumar V Barai (2014), Influence of nano-silica on the properties of recycled aggregate concrete, Construction and bulding materials-55(2014), pp.29-37 [7] A.O Adetukasi, O.G Fadugba, I.H Adebakin, O Omokungbe (2020), Strength characteristics of fibre- reinforced concrete containing nano-silica, Materials today : Proceedings [8] Tống Tôn Kiên, CS (2014), "Nghiên cứu chế tạo vữa xỉ kiềm sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng", Tạp chí Xây dựng, Bộ Xây dựng, (6), tr 6972 [9] Tống Tôn Kiên, Lê Trung Thành (2017), Ứng xử học bê tông cốt liệu tái chế sử dụng xi măng chất kết dính xỉ kiềm, Tạp chí khoa học cơng nghệ Xây dựng, số 5/09-2017, tr 30-36 24 [10] Nguyễn Trung Hiếu, Lý Trần Cường (2018), Nghiên cứu thực nghiệm hiệu gia cường dầm bê tông cốt thép chịu xoắn vật liệu sợi – bon CFRP, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam 3/2018, tr 29-35 [11] TCVN 3118:1993 Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ nén bê tông [12] TCVN 1651-2:2018 Thép cốt bê tông – Phần 2: Thép vằn S K L 0 ... việc dầm bê tông sử dụng cốt liệu bê tơng tái chế có sử dụng phụ gia silica- fume gia cường CFRP Đánh giá ảnh hưởng bê tông tái chế tới cường độ bê tông dầm sử dụng phụ gia silica- fume gia cường CFRP. .. việc dầm bê tông sử dụng cốt liệu bê tơng tái chế có sử dụng phụ gia silica- fume gia cường CFRP Đánh giá ảnh hưởng bê tông tái chế tới cường độ bê tông dầm sử dụng phụ gia silica- fume gia cường CFRP. .. liệu tái chế có phụ gia Silica- Fume - Dầm bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế có phụ gia Silica- Fume ứng xử uốn tương tự dầm bê tông cốt liệu tự nhiên gia cường CFRP dầm sử dụng cốt liệu tái