Nghiên cứu ứng xử của dầm bê tông cốt thép có phụ gia tro bay gia cường bằng 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 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ PHỤ GIA TRO BAY GIA CƯỜNG BẰNG CFRP MÃ SỐ: SV2022-201 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: LÊ PHẠM THANH KHƯƠNG SKC007695 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ PHỤ GIA TRO BAY GIA CƯỜNG BẰNG CFRP SV2022-201 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Lê Phạm Thanh Khương Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 18149CL5B, ĐT Chất lượng Cao Ngành học: Cơng nghệ KT cơng trình XD Nam, Nữ: Nam Năm thứ: 04 / 04 Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hưng TP Hồ Chí Minh, 06/2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 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: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ PHỤ GIA TRO BAY GIA CƯỜNG BẰNG CFRP - Chủ nhiệm đề tài: Lê Phạm Thanh Khương Mã số SV: 18149111 Lớp: 18149CL5BKhoa: ĐT Chất lượng Cao Thành viên đề tài: Stt Họ tên Đặng Thị Thanh Nga Nguyễn Thành Phát Lê Văn Hải Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hưng Mục tiêu đề tài: Đánh giá khả chịu lực biến dạng cấu kiện bê tông tái chế sử dụng cốt liệu tái chế thay đá tự nhiên, so sánh với cấu kiện sử dụng cốt liệu thơng thường sử dụng 100% đá tự nhiên Hồn thiện thêm lý thuyết để ứng dụng vật liệu từ bê tơng tái chế tính tốn thực nghiệm bê tơng tái chế có phụ gia tro bay chịu lực Tính sáng tạo: Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử dầm bê tông tái chế, thay xi măng phụ gia tro bay gia cường CFRP Kết nghiên cứu: Dầm bê tơng cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế có phụ gia tro bay 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 tro bay 30% gia cường CFRP cho thấy hiệu Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Tạo sở khoa học cho việc tái chế rác thải từ xây dựng, góp phần giải vấn đề nhiễm mơi trường rác thải rắn nói chung rác thải từ xây dựng nói riêng 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): TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Ngày 12 tháng 06 năm 2022 SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày 12 tháng 06 năm 2022 Người hướng dẫn (kí, họ tên) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi A TỔNG QUAN A.1 Nguồn gốc bê tông A.2 Các nghiên cứu sử dụng vụn bê tông A.2.1 Ngoài nước A.2.2 Trong nước 10 A.3 Những khó khăn ứng dụng vụn bê tông 10 A.4 Những thuận lợi sử dụng phế thải bê tông 10 B SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 11 B.1 Tính cấp thiết đề tài 11 B.2 Mục đích nghiên cứu đề tài 12 B.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 12 B.4 Phương pháp nghiên cứu 13 B.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 13 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 1.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu ứng dụng vụn bê tông thay phần đá tự nhiên kết hợp phụ gia tro bay hỗn hợp bê tơng có gia cường CFRP .14 1.1.1 Giới thiệu vật liệu sử dụng nghiên cứu 14 1.1.2 Khả sử dụng vụn bê tông bê tông 21 1.2 Kết luận chương 23 CHƯƠNG Q TRÌNH THÍ NGHIỆM DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP .24 2.1 Vật liệu bê tông 24 2.2 Vật liệu thép 26 2.3 Tro bay (Fly ash) 26 2.4 Tấm CFRP UT70-30G 27 2.5 Keo lót keo phủ 28 2.6 Q trình thí nghiệm 29 CHƯƠNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP 36 3.1 Cường độ chịu nén 36 3.2 Mơ hình dầm bê tơng cốt thép 36 3.3 Tải trọng thí nghiệm phá hoại dầm bê tơng cốt thép .37 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ii 3.4 Quan hệ tải trọng chuyển vị dầm bê tông cốt thép .44 3.5 Sơ đồ vết nứt dầm bê tông cốt thép theo thí nghiệm .47 3.6 Kết luận 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 Mẻ trộn bê tông nén 22 Bảng Cấp phối cho 1m bê tông sử dụng đá 1x2 24 Bảng 2 Thông tin vật liệu thép 26 Bảng Thông số tro bay 27 Bảng 2.4 Thông số vật liệu CFRP UT70-30G 28 Bảng Bảng số liệu chuyển vị dầm D1 38 Bảng Bảng số liệu chuyển vị dầm D2 40 Bảng 3 Bảng số liệu chuyển vị dầm D3 41 Bảng Bảng số liệu chuyển vị dầm D4 42 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình A Xử lý phế thải bê tông Hình A Đấu trường Collosseum Hình A Cấu tạo đường giao thông sử dụng phế thải bê tông Hình A Nền hạ đường giao thông sử dụng phế thải bê tông Hình A Tái sử dụng vụn bê tông, sân bay Changi – Singapore Hình A Máy nghiền bê tơng Hình B Bãi rác thải xây dựng 11 Hình B Xử lý phế thải bê tơng 11 Hình 1 Cốt liệu vụn bê tơng 15 Hình Phụ gia tro bay 17 Hình Tấm CFRP UT70-30G 18 Hình Gia cường dầm bê tông cốt thép sợi carbon 20 Hình 2.1 Thí nghiệm nén mẫu 25 Hình 2.2 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 25 Hình Cốt thép 26 Hình Tấm CFRP UT70-30G 27 Hình Keo lót keo phủ 28 Hình Chuẩn bị cốt thép 29 Hình Giai đoạn chuẩn bị đổ bê tông 30 Hình Q trình đổ bê tơng 30 Hình Bảo dưỡng dầm bê tông 31 Hình 10 Làm nhẵn bề mặt dầm 33 Hình 11 Phủ keo lót lên bề mặt làm nhẵn 33 Hình 12 Dán carbon lên bề mặt phủ keo 34 Hình 13 Phủ tiếp lớp keo thứ 34 Hình Cường độ nén mẫu bê tông theo tỷ lệ RCA 36 Hình Sơ đồ dầm bê tông cốt thép (mm) 37 Hình Thí nghiệm uốn dầm 38 Hình Hình dạng vết nứt 38 Hình Biểu đồ so sánh tải trọng thí nghiệm phá hoại dầm .44 Hình Chuyển vị nhịp dầm thực nghiệm 45 Hình Chuyển vị trái nhịp dầm thực nghiệm 46 Hình Chuyển vị phải nhịp dầm thực nghiệm 46 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com v Hình 10 Sơ đồ vết nứt 49 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com fc ft μ Eb fy Es Rtt PPPTHH PTVPTP RCA CC TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 Kết thí nghiệm kiểm tra tải trọng phá hoại dầm D1; D2; D3; D4 trình bày Hình 3.7 Tải trọng cuối dầm D1, D2, D3 D4 107.92 kN, 99.2 kN, 105.13 kN 106.41 kN Hình 3.7 cho thấy mối quan hệ độ dịch chuyển nhịp dầm tổng tải Sai số tải trọng cuối dầm với tổng hợp 100% tự nhiên tải trọng cuối thấp dầm với 30% RCA 8.08% Sai số tải trọng cuối dầm với tổng hợp 100% tự nhiên tải trọng cuối thấp dầm với 50% RCA 2.59% Sai số tải trọng cuối dầm với tổng hợp 100% tự nhiên tải trọng cuối TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 44 thấp dầm với 70% RCA 1.4% Qua biểu đồ cho thấy chênh lệch không nhiều tải trọng phá hoại dầm, nên việc sử dụng vụn bê tông tái chế với tỉ lệ định không làm ảnh hưởng Tải trọng phá hoại dầm (kN) nhiều đến khả chịu tải trọng dầm bê tơng cốt thép Hình Biểu đồ so sánh tải trọng thí nghiệm phá hoại dầm Kết thí nghiệm kiểm tra tải trọng chuyển vị nhịp dầm D1, D2, D3 D4 thể biểu đồ Hình 3.6 Từ Hình 3.6 cho thấy chuyển vị nhịp dầm bê tơng cốt thép có sử dụng bê tông tái chế dầm không sử dụng thành phần bê tông tái chế tương đương dầm cấu kiện chịu uốn, phá hoại cốt thép chịu kéo nên bê tông chưa đạt tới cường độ phá hoại, tỉ lệ vụn bê tông dầm D2 (30%) nên ảnh hưởng đến khả chịu tải không đáng kể Tuy nhiên, độ cứng dầm sử dụng 100% đá tự nhiên có độ cứng lớn dầm sử dụng 30% bê tông tái chế Tỉ lệ vụn bê tông dầm D3 (50%) ảnh hưởng đến khả chịu tải không đáng kể Tuy nhiên, độ cứng dầm sử dụng 100% đá tự nhiên có độ cứng lớn dầm sử dụng 50% bê tông tái chế Tỉ lệ vụn bê tông dầm D4 (70%) ảnh hưởng đến khả chịu tải không đáng kể Tuy nhiên, độ cứng dầm sử dụng 100% đá tự nhiên có độ cứng lớn dầm sử dụng 70% bê tông tái chế 3.4 Quan hệ tải trọng chuyển vị dầm bê tông cốt thép TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 45 Biểu đồ quan hệ chuyển vị tải trọng dầm thể Hình 3.7, xem xét kết thu thể đồng mẫu dầm D1, D2, D3, D4 dầm gia cường có mối quan hệ phi tuyến tải trọng chuyển vị rõ ràng Chuyển vị dầm tương đồng độ cứng tương đương giá trị tải trọng từ kN đến 60 kN Điều thể ảnh hưỡng rõ ràng việc gia cường CFRP Với tải trọng từ 60kN đến tải trọng giới hạn mẫu dầm, cho kết chuyển vị khác biệt mẫu Có thể thấy ứng xử mẫu thí nghiệm thay đổi phụ thuộc vào cường độ bê tông Mặt khác, ta nhận thấy khả chịu tải sử dụng cốt liệu tái chế 70% ( Dầm D4) dầm sử dụng bê tông tự nhiên (Dầm D1) tốt so với dầm cịn lại Điều thể phương án sử dụng dầm bê tơng có cốt liệu tái chế 70%, 30% phụ gia tro bay gia cường CFRP hiệu Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị dầm 120 100 Tải trọng P (kN) 80 60 40 20 -5 -20 Chuyển vị f (mm) Hình Chuyển vị nhịp dầm thực nghiệm TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 46 Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị trái dầm 120 100 Tải trọng P (kN) 80 60 40 20 0 Chuyển vị f (mm) Hình Chuyển vị trái nhịp dầm thực nghiệm Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị phải dầm 120 100 Tải trọng P (kN) 80 60 40 20 -5 -20 Hình Chuyển vị phải nhịp dầm thực nghiệm Kết thí nghiệm cho phép xác định, dầm gia cường D1 có tải trọng phá hoại P ph = 108.27 kN, chuyển vị nhịp tương ứng f ph = 20.11 mm, dầm gia cường D2 có tải trọng phá hoại Pph = 99.2 kN, chuyển vị gi ữa nhịp tương ứng f ph = 19.71 mm, dầm gia cường D3 có tải trọng phá hoại Pph = 105.13 kN, chuyển vị nhịp tương ứng TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 47 fph = 21.38 mm, dầm gia cường D4 có tải trọng phá hoại P ph = 106.41 kN, chuyển vị nhịp tương ứng fph = 18.81 mm Khả 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 tông với CFRP, tiếp tục gia tải tải trọng không tăng chuyển vị tăng có bóc tách lớp bê tông với CFRP 3.5 Sơ đồ vết nứt dầm bê tơng cốt thép theo thí nghiệm Kết thí nghiệm uốn dầm hình Hình 2.5 thể vết nứt dầm tương ứng D1, D2, D3 D4 (a) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 48 (b) (c) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 49 (d) Hình 10 Sơ đồ vết nứt: (a) Dầm D1 (CC), (b) Dầm D2, (c) Dầm D3, (d) Dầm D4 Hình 3.9 trình bày vết nứt tải cuối dầm Các đường nứt phát triển theo đường vng góc với ứng suất căng uốn Nó số lượng nhỏ RCA gây nhiều vết nứt bị uốn Có thể nói hiệu suất dầm tải dài hạn bị ảnh hưởng diện RCA Mặt khác, kết nghiên cứu khác với tỉ lệ thay từ 50% – 100% cho kết tương tự (Luis Evangelista, et al., 2007) (Sato R, et al., 2007) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 50 3.6 Kết luận Sau thí nghiệm tất mẫu dầm, rút số nhận xét sau: - Việc thay cốt liệu tự nhiên bê tông tái chế có ảnh hưởng định đến cường độ chịu lực số ứng xử khác cấu kiện, thể hình dạng vết nứt, tải trọng phá hoại chuyển vị - Tấm sợi carbon CFRP cải thiện đáng kể khả chịu uốn cấu kiện, giúp hạn chế mở rộng vết nứt - Sử dụng phụ gia tro bay (Fly ash) thay xi măng Pooc lăng góp phần giảm thiểu chi phí, tăng cường độ độ bền bê tơng Ngồi phương án làm giảm đáng kể lượng khí thải carbon liên quan đến xây dựng Từ kết thí nghiệm, ta nhận thấy phương án dầm bê tông tái chế sử dụng phụ gia tro bay gia cường CFRP hoàn toàn khả thi Là giải pháp giảm thiểu rác thải xây dựng hiệu ứng nhà kính Giải vấn đề ô nhiễm môi trường ngành công nghiệp xây dựng nước ta TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nghiên cứu cốt liệu bê tông tái chế thay phần cốt liệu tự nhiên cấu kiện bê tông cốt thép xu hướng Việt Nam Đề tài nghiên cứu dầm chứa 30%, 50%, 70% RCA thực hiện, tính chất RCA tính tốn có độ tin cậy cao Các kết luận sau đưa ra: - Cả cường độ chịu nén cường độ kéo bê tông giảm chút cường độ chịu nén bê tông sử dụng RCA có cường độ chịu nén cao mong muốn Kết thí nghiệm cho thấy mức giảm cường độ nén 2.1% - Hiệu suất dầm bê tông cốt thép với 30%, 50%, 70% RCA bị ảnh hưởng Kết thí nghiệm cho thấy độ võng tăng so sánh với dầm thông thường Bên cạnh đó, số lượng vết nứt xuất dầm tăng lên Nói cách khác, RCA ảnh hưởng đến hiệu suất dài hạn cấu kiện bê tông cốt thép Việc nghiên cứu sử dụng thành phần bê tông tái chế phù hợp với xu hướng sử dụng vật liệu sạch, tận dụng chất thải xây dựng góp phần bảo vệ mơi trường Tuy nhiên, cần có khảo sát, đánh giá để có đầy đủ số liệu triển khai vào thực tế TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Anh Thắng, Nguyễn Thanh Hưng, Lê Ngọc Phương Thanh (2018) Thực nghiệm cường độ chịu nén bê tơng có thành phần cốt liệu bê tơng tái chế, Tạp chí Xây dựng, 7/2018, tr.34-36 Anh Thang Le, Thanh Hung Nguyen, Cong Vu Duc Phan (2019), A Study on Behavior of Reinforcement Concrete Beam using the Recycled Concrete, Proceedings of the 5th International Conference on Geotechnics, Civil Engineering Works and Structures 2019 -Pages 379-384 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 KHCN xây dựng- Trường Đại học Xây dựng, ISSN 1859-2996, tập 11 số (09/2017), tr.30-36 Mahdi Arezoumandi, Adam Smith, Jeffery S Volz, Kamal H Khayat (2015) An experimental study on flexural strength of reinforced concrete beams with 100% recycled concrete aggregate, Engineering Structures, Volume 88, April 2015, Pages 154-162 Salomon M Levy Paulo Helene (2004) Durability of recycled aggregates concrete: a safe way to sustainable development, Cement and Concrete Research, Volume 34, Issue 11, November 2004, Pages 1975-1980 Yasmin Hefni, Yehia Abd El Zaher, Mona Abdel Wahab (2018) Influence of activation of fly ash on the mechanical properties of concrete, Construction and Building Materials, Volume 172, May 2018, Pages 728-734 A Fuzail Hashmi, M Shariq, A Baqi (2020) Flexural performance of high volume fly ash reinforced concrete beams and slabs, Structures, Volume 25, June 2020, Pages 868-880 Faiz U.A Shaikh, Steve W.M Supit (2015) Compressive strength and durability properties of high volume fly ash (HVFA) concretes containing ultrafine fly ash (UFFA), Construction and Building Materials, Volume 82, May 2015, Pages 192-205 M Sai Krishna, G.A.V.S Sandeep Kumar, A Cyril Thomas (2021) Behaviour of reinforced concrete beams bonded with side bonded FRP sheets, materialstoday: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 53 PROCEEDINGS, Volume 43, Part 2, 2021, Pages 2404-2410 Ayman N.Ababneh, Rajai Z Al-Rousan, Issam M.N Ghaith (2020) Experimental study on anchoring of FRP-strengthened concrete beams, Structures, Volume 23, February 2020, Pages 26-33 TCVN 3015:1993 Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng – Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử TCVN 3106:1993 Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt TCVN 3108:1993 Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp xác định khối lượng thể tích TCVN 3114 : 1993 Bê tơng nặng - phương pháp xác định độ mài mòn TCVN 3118 : 1993 Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén TCVN 3119 : 1993 Bê tông nặng - phương pháp xác định cường độ kéo uốn TCVN 4453 : 1995 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép tồn khối - quy phạm thi cơng nghiệm thu TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 7572:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử TCVN 3118-1993 Heavyweight concrete - Method for determinatien of compressive strength TCVN 10302:2014 Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây xi măng TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ... nghiệm bê tơng tái chế có phụ gia tro bay chịu lực Tính sáng tạo: Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử dầm bê tông tái chế, thay xi măng phụ gia tro bay gia cường CFRP Kết nghiên cứu: Dầm bê tơng cốt thép. .. bê tông cốt liệu tái chế có phụ gia tro bay gia cường CFRP Vì vậy, đề tài ? ?Nghiên cứu ứng xử dầm bê tông cốt thép cốt liệu tái chế có phụ gia tro bay gia cường CFRP? ?? có ý nghĩa khoa học góp phần... thép sử dụng cốt liệu tái chế có phụ gia tro bay 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 tro bay 30% gia cường CFRP cho thấy