(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu ảnh hưởng của sợi gia cường đến khả năng chịu uốn và chống cắt của cọc rỗng bê tông geopolymer

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN PHÚ TÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỢI GIA CƯỜNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN VÀ CHỐNG CẮT CỦA CỌC RỖNG BÊ TÔNG GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN PHÚ TÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỢI GIA CƯỜNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN VÀ CHỐNG CẮT CỦA CỌC RỖNG BÊ TÔNG GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 1680850 Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM ĐỨC THIỆN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 Luan van Luan van Luan van BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự – Hạnh Phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên học viên: Nguyễn Phú Tân MSHV: 1680850 Chuyên ngành: Kỹ thuật XD cơng trình DD CN Khóa: XDC16B Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng sợi gia cường đến khả chịu uốn chống cắt cọc rỗng Bê tơng Geopolymer Học viên hồn thành LVTN theo yêu cầu nội dung hình thức (theo qui định) luận văn thạc sĩ Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2018 Giảng viên hướng dẫn TS Phạm Đức Thiện Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van 4.2.4 Mô men kháng nứt cọc rỗng - Hệ số: 𝛾 = − 0,4 - Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện quy đổi đến mép chịu kéo: 𝑦0 = - 𝑟1 = − 0,4 × = 1,813 𝑟2 15 𝑟2 150 = = 75 𝑚𝑚 2 Mơ men qn tính tiết diện quy đổi: 𝐼𝑟𝑒𝑑 = 𝜋 (𝑟2 − 𝑟14 ) + 𝑛𝐴𝑠 𝑟𝑠2 𝜋 = (154 − 74 ) + × × 0,396 × 11 = 380187597 𝑚𝑚4 - Mô men kháng đàn hồi tiết diện 𝑊𝑟𝑒𝑑 = - 𝐼𝑟𝑒𝑑 380187597 = = 5069168 𝑚𝑚3 𝑦0 75 Mô men kháng uốn tiết diện 𝑊𝑝𝑙 ≈ 𝛾𝑊𝑟𝑒𝑑 = 1,813 × 5069168 = 9192091 𝑚𝑚3 - Mô men kháng nứt tiết diện cọc rỗng 𝑀𝑐𝑟𝑐 = 𝑅𝑏𝑡,𝑠𝑒𝑟 𝑊𝑝𝑙 = 2,2 × 9192091,24 = 20222601 𝑁𝑚𝑚 𝑀𝑐𝑟𝑐 = 20,22 𝑘𝑁𝑚 4.2.5 Mô men kháng gãy cọc rỗng 𝑀𝑏𝑟 = 1,5𝑀𝑐𝑟𝑐 = 1,5 × 20,22 = 30,33 𝑘𝑁𝑚 Bảng 4.3: Khả chịu tải cọc OPC tính tốn Stt Mơ men uốn tính tốn Mtt (kNm) Mơ men kháng nứt tính tốn Mcrc (kNm) Mơ men kháng gãy tính tốn Mbr (kNm) 9,69 20,22 30,33 4.3 Kết thí nghiệm Cường độ bê tông chịu ảnh hưởng từ điều kiện dưỡng hộ nhiệt, thời gian dưỡng hộ nhiệt, tỉ lệ sodium silicate/sodium hydroxit, tỉ lệ dung dịch alkakine/tro bay 46 Luan van Trong luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi hàm lượng sợi polypropylene 0%; 0,5%; 1,5%; 2,0% để cải thiện khả chịu uốn, chống cắt cho bê tông; thời gian dưỡng hộ nhiệt 12 giờ; điều kiện dưỡng hộ nhiệt môi trường nhiệt ẩm 100oC, nồng độ NaOH 16 mol chọn làm nghiên cứu ứng xử cọc bê tông Geopolymer Bảng 4.4: Tải trọng thí nghiệm cọc Stt Cấu kiện cọc D300 Nhiệt Thời độ gian o ( C) (h) OPC 60 Lực gây nứt uốn Pcrc (kN) 89,52 88,21 86,90 Lực phá hoại Độ võng  uốn Pbr Wc=0,1mm (kN) (mm) 161,14 11,46 159,39 11,24 157,64 11,01 89,36 152,14 GPC-0.0PP 86,20 13,01 146,75 12,56 83,04 141,36 12,11 96,78 168,39 14,29 GPC-0.5PP 94,35 91,93 101,69 GPC-1.0PP 100 12 160,35 152,31 168,81 102,47 14,61 14,93 18,14 170,13 17,28 103,24 171,46 16,42 117,24 183,45 19,21 GPC-1.5PP 115,13 181,35 18,84 10 113,02 179,25 18,46 11 125,33 208,35 21,89 GPC-2.0PP 12 122,05 118,77 202,86 197,37 21,23 20,56  Ghi chú:  độ võng cấu kiện thời điểm xuất vết nứt có bề rộng lớn Wc = 0,1mm gia tải Trong bảng 4.4 trình bày kết thí nghiệm xác định khả bền uốn nứt, uốn gãy thân cọc rỗng bê tông xi măng OPC bê tông geopolymer GPC với giá trị tải trọng uốn nứt (Pcrc), tải trọng uốn gãy (Pbr) từ thí nghiệm thực tế 47 Luan van 4.4 Ảnh hưởng hàm lượng sợi Popy propylene gia cường đến khả bền uốn, bền cắt thân cọc 4.4.1 Khả bền nứt thân cọc Bảng 4.5: Kết tính tốn mơ men nứt Stt Cấu kiện cọc D300 Hàm lượng sợi PP gia cường Mơ men uốn nứt tính tốn 𝑴𝒕𝒕 𝒄𝒓𝒄 Mơ men uốn tính tốn TTGH I 𝑴𝒕𝒕 Lực gây nứt uốn thực nghiệm 𝑷𝒕𝒏 𝒄𝒓𝒄 Mô men uốn nứt thực nghiệm 𝑴𝒕𝒏 𝒄𝒓𝒄 (%) (kNm) (kNm) (kN) (kNm) 20,22 9,69 88,20 20,61 20,22 9,69 86,20 20,16 OPC GPC-0.0PP GPC-0.5PP 0,5 94,35 21,99 GPC-1.0PP 1,0 102,47 23,82 GPC-1.5PP 1,5 115,13 26,67 GPC-2.0PP 2,0 122,05 28,22 Khả chịu tải cọc OPC B45 theo thực nghiệm phù hợp với kết tính tốn Kết bảng 4.5 cho thấy mô men uốn nứt thực nghiệm cọc geopolymer không gia cường sợi PP tương đương khả chịu uốn nứt thực nghiệm cọc bê tông xi măng thông thường OPC cấp độ bền B45 48 Luan van Lực gây nứt uốn Ptn crc (kN) 130 122,047 120 OPC 110 GPC 100 90 115,129 102,466 94,351 88,2 86,200 OPC 0.0 80 70 60 0.5 1.0 1.5 2.0 Hàm lượng sợi PP gia cường (%) Hình 4.2: Ảnh hưởng hàm lượng sợi gia cường đến lực gây nứt uốn Pcrc 30 Moment uốn nứt Mtncrc (kNm) 28,223 28 OPC 26 GPC 26,667 23,818 24 22 21,992 20,608 20,158 20 18 OPC 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Hàm lượng sợi gia cường (%) Hình 4.3: Ảnh hưởng hàm lượng sợi gia cường đến mô men uốn nứt Mtn crc Mô men uốn nứt thực nghiệm Mtn crc cọc GPC gia cường sợi 0% phù hợp với mô men uốn nứt thực nghiệm Mtn crc cọc OPC 49 Luan van Mô men uốn nứt thực nghiệm Mtn crc cọc GPC gia cường sợi 0% 20,16 kNm Sau tăng hàm lượng gia cường sợi PP lên 2% mơ men uốn nứt tăng biến thiên lên 40,01% có chiều hướng tăng thêm 4.4.2 Khả bền gãy thân cọc Bảng 4.6: Mô men uốn gãy cọc Stt Mô men uốn gãy thực nghiệm 𝑴𝒕𝒏 𝒃𝒓 Mơ men uốn gãy tính tốn 𝑴𝒕𝒕 𝒃𝒓 (kN) (kNm) (kNm) 159,39 36,63 30,33 30,33 Tải trọng Hàm lượng sợi gãy thực nghiệm PP gia 𝑷𝒕𝒏 cường 𝒃𝒓 Cấu kiện cọc D300 (%) OPC GPC-0.0PP 146,75 33,78 GPC-0.5PP 0,5 160,35 36,84 GPC-1.0PP 1,0 170,13 39,04 GPC-1.5PP 1,5 181,35 41,57 GPC-2.0PP 2,0 202,86 46,41 210 202,863 OPC GPC Tải trọng gãy Pcr (kN) 200 190 181,346 180 170 160 170,135 160,352 159,390 146,747 150 140 130 120 OPC 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Hàm lượng sợi PP gia cường (%) Hình 4.4: Ảnh hưởng hàm lượng sợi gia cường đến tải trọng gãy Pcr 50 Luan van Mô men uốn gãy thực nghiệm Mtnbr cọc GPC không gia cường sợi PP tương đối phù hợp với mô men uốn gãy thực nghiệm Mtnbr cọc OPC, chênh lệch xấp xỉ 11,48% Mô men uốn gãy thực nghiệm Mtnbr cọc gia cường sợi 0% đạt 33,78 kNm Khi tăng hàm lượng sợi gia cường lên 2% mơ men uốn gãy Mtnbr tăng lên 37,37% Moment uốn gãy Mtnbr (kNm) 50 48 OPC 46 GPC 46,407 44 41,566 42 39,043 40 38 36,842 36,626 36 33,781 34 32 30 OPC 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Hàm lượng sợi PP gia cường (%) Hình 4.5: Ảnh hưởng hàm lượng sợi gia cường đến mơ men uốn gãy Mbrtn Kết thí nghiệm phản ánh tương đối thực tế việc thiết kế cấp phối cọc bê tông Geopolymer cọc bê tơng xi măng OPC thơng thường có cấp độ bền B45 (mác 600) cho kết khả chịu tải thực nghiệm (mô men uốn nứt, uốn gãy) gần phù hợp 4.4.3 Khả bền cắt thân cọc Khă bền cắt Qtncu cọc bê tông geopolymer không gia cường sợi đạt 43,10 kN, giá trị tương đương với cọc OPC, điều chứng tỏ tương đồng ứng xử khả làm việc OPC GPC không gia cường sợi 51 Luan van Bảng 4.7: Khả bền cắt thân cọc Cấu kiện cọc D300 Stt Hàm lượng sợi PP gia cường Tải trọng cắt thực nghiệm Pcu (kN) (%) (kN) Khả bền cắt thực nghiệm Qcu (kN) (kN) 88,21 44,11 OPC GPC-0.0PP 86,20 43,10 GPC-0.5PP 0,5 94,35 47,18 GPC-1.0PP 1,0 102,47 51,23 GPC-1.5PP 1,5 115,13 57,56 GPC-2.0PP 2,0 122,05 61,02 Khi tăng hàm lượng sợi gia cường lên 2% khả bền cắt Qtncu tăng lên 41,58% Điều lần chứng tỏ sợi PP gia cường có khả làm tăng sức chịu tải cọc khả chịu uốn khả chống cắt Hàm lượng sợi 2% chưa cho giá trị cực trị khả chống cắt chịu uốn nứt uốn gãy cấu kiện, cần có thêm nghiên cứu để tìm hàm lượng sợ tối ưu Lực cắt cọc Qcutn (kN) 65 61,020 OPC GPC 60 57,560 55 51,230 50 45 47,180 44,110 43,100 40 OPC 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Hàm lượng sợi PP gia cường (%) Hình 4.6: Ảnh hưởng hàm lượng sợi gia cường đến lực cắt Qcutn 52 Luan van 4.4.4 Quan hệ lực cắt cọc độ võng từ thực nghiệm Ảnh hưởng hàm lượng sợi PP gia cường đến khả bền cắt cấu kiện cọc GPC thơng qua độ võng thí nghiệm đo Hình 4.7 Khả chịu tải cấu kiện lớn đạt tới cấp tải độ võng định cấu kiện xuất với nứt Độ võng xác định xuất vết nứt bề rộng Wc=0,1 mm 21,230 22 Chuyển vị  (mm) 20 18,840 17,26 18 16 14,74 14 12,56 12 10 43,100 47,176 51,233 57,564 61,023 Lực cắt Qcutn (kN) Hình 4.7: Mối quan hệ lực cắt Qcutn độ võng cấu kiện cọc GPC 4.4.5 Quan hệ lực gây nứt uốn độ võng từ thực nghiệm Ảnh hưởng hàm lượng sợi PP gia cường đến khả bền cắt cấu kiện cọc GPC thông qua độ võng thí nghiệm đo Hình 4.8 Khả chịu tải cấu kiện lớn đạt tới cấp tải độ võng định cấu kiện xuất với nứt Độ võng xác định xuất vết nứt bề rộng Wc=0,1 mm 53 Luan van 22 21,230 Chuyển vị  (mm) 20 18,840 18 17,26 16 14,74 GPC 14 12 12,56 10 86,200 94,351 102,466 115,129 122,047 Lực gây nứt uốn Ptncrc (kN) Hình 4.8: Mối quan hệ lực gây nứt uốn Ptncrc độ võng cấu kiện cọc GPC 22 21,23 Chuyển vị  (mm) 20 18,84 18 17,26 16 14,74 14 12 12,56 10 20,158 21,992 23,818 26,667 28,223 Moment uốn nứt Mtn crc (kNm) Hình 4.9: Mối quan hệ mô men uốn nứt Mtn crc độ võng cấu kiện cọc GPC 54 Luan van 4.4.6 Quan hệ mô men uốn nứt Mtncrc mô men uốn gãy Mtnbr Từ thực nghiệm ta tìm lại quan hệ Mtnbr  Mtncrc Bảng 4.8: Quan hệ mô men uốn nứt mô men uốn gãy Hàm lượng sợi PP (%) Mtncrc (kNm) Mtnbr (kNm)  20,16 33,78 1,68 0,5 21,99 36,84 1,68 1,0 23,82 39,04 1,64 1,5 26,67 41,57 1,56 2,0 28,22 46,41 1,64 Với kết thực nghiệm ước lượng quan hệ Mtnbr – Mtncrc: Mtnbr = (1,56÷1,68) Mtncrc Ngồi khoảng gia số (1,56 – 1,68) có giá trị trung bình xấp xỉ giá trị 1,5 cho tiêu chuẩn TCVN 7888-2014, điều khẳng định độ tin cậy cao kết nghiên cứu 55 Luan van Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Luận văn trình bày ảnh hưởng sợi gia cường đến khả chịu uốn chống cắt cọc rỗng bê tơng Geopolymer Trong đó, cọc bê tơng Geopolymer chế tạo gia cường sợi poly propylene mức tỷ lệ từ 0%; 0,5%; 1,0%; 1,5%, 2% Cọc bê tơng xi măng có cấp độ bền sản xuất thí nghiệm làm sở so sánh Một số kết luận rút sau: - Mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt 1000C vòng 12 cho cường độ chịu nén tương đương với mẫu bê tông xi măng đạt cấp độ bền B45 Cả cấp phối dùng để sản xuất cọc bê tông rỗng - Cọc rỗng GPC dưỡng hộ nhiệt 1000C thời gian 12 không gia cường sợi cho kết mô men kháng nứt chống cắt tương đồng với cọc rỗng OPC có cấp độ bền chịu nén, mô men uốn gãy cọc rỗng OPC lớn cọc rỗng GPC khoảng 11,48% - Từ kết thực nghiệm, ta xác định lại quan hệ mô men uốn nứt mô men uốn gãy cọc rỗng GPC cho trường hợp hàm lượng sợi gia cường: Mtnbr = (1,56÷1,68) Mtncrc 5.2 Hướng phát triển đề tài Nghiên cứu tạo tiền đề áp dụng bê tông Geopolymer vào cấu kiện cơng trình điển hình cấu kiện cọc rỗng, đưa bê tông Geopolymer vào sử dụng rộng rãi lĩnh vực xây dựng Vì thời gian có hạn lĩnh vực nghiên cứu rộng nên đề tài chưa thể mối liên hệ bao quát ảnh hưởng hàm lượng sợi gia cường poly propylene đến khả 56 Luan van chịu tải cọc rỗng Geopolymer có cấp độ bền khác Từ nghiên cứu định hướng phát triển đề tài sau:  Nghiên cứu xác định hàm lượng sợi tối ưu để cọc rỗng đạt khả chịu tải cao chịu uốn chống cắt  Nghiên cứu chế cấu trúc vật liệu hỗn hợp GPC sợi để đưa quy luật ứng xử chung hỗn hợp nhằm phục vụ cơng tác tính toán thiết kế sau  Nghiên cứu khả ứng xử cọc Bê tông Geopolymer môi trường đất theo thời gian 57 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Gánh nặng bệnh tật từ ô nhiễm khơng khí Nguồn internet: http://www.impe-qn.org.vn/impe-qn/vn/portal/InfoPreview.jsp?ID=9652, 14/3/2016 [2] Joseph Davidovits The Proceeding of Geopolymer 99 2nd Internationnal Conference on Geopolymer 1999: p.368 [3] Ảnh hưởng môi trường đến sức khỏe người Nguồn internet: http://vea.gov.vn/vn/quanlymt/suckhoemoitruong/Pages/ảnh-hưởng-của-mơitrường-đến-sức-khỏe-con-người-.aspx, 15/11/2015 [4] Ơ nhiễm mơi trường Nguồn internet: https://vi.wikipedia.org/wiki/Ơ_nhiễm_mơi_trường, 16/10/2018 [5] Joseph Davidovits Geopolymer Chemistry and Applications Institut Géopolymère, 2011 [6] Palomo, Grutzeck, Blanco “Alkali-activated fly ashes A cement for the future.” 1999 [7] Mo Bing-hui, He Zhi, Cui Xue-min, He Yan, Gong Si-yu Effect of curing temperature on geopolymerization of fly ash-based geopolymers 2014 [8] Tống Tôn Kiên, Phạm Thị Vinh Lanh Lê Trung Thành Bê tơng Geopolymer - Những thành tựu, tính chất ứng dụng Hội nghị khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập Viện KHCN Xây dựng [9] Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn Dương Văn Dũng “ Ảnh hưởng sợi polypropylene đến ứng xử chịu uốn dầm bê tông geopolymer cốt thép sử dụng tro bay”, Tạp chí Người Xây Dựng 3&4/2016, p.82-86 [10] Trần Việt Hưng: “Nghiên cứu khả dính bám với cốt thép bê tông geopolymer tro bay” Nguồn internet: http://www.tapchigiaothong.vn/nghien-cuu-xac-dinh-kha-nang-dinh-bam-voi-cotthep-cua-be-tong-geopolymer-tro-bay-d45350.html, 17/07/2017 58 Luan van [11] Balaguru, Kurtz, Rudolph Geopolymer for repair and rehabilitation of reinforced concrete beams Project Geo-Structure fireproof, External repair and structural retrofit for aging infrastructure, aging buildings, earthquake and hurricane prone areas Published by Geopolymer Institute 1997 [12] Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn Dương Văn Dũng “ Ảnh hưởng sợi poly-propylene đến ứng xử chịu uốn dầm bê tông geopolymer cốt thép sử dụng tro bay”, Tạp chí Người Xây Dựng 3&4/2016, p.82-86 [13] Joseph Davidovits Geopolymer chemistry and sustainable development The poly (sialate) terminology: a very useful and simple model for the promotion and understanding of green-chemistry.in In: Proceedings of 2005 geopolymere conference, 2005, p.9-15 [14] Institution State of the art of high strength concrete, in ACI Committee 363 1993 [15] Balaguru, Kurtz, Rudolph Geopolymer for repair and rehabilitation of reinforced concrete beams Project Geo-Structure fireproof, External repair and structural retrofit for aging infrastructure, aging buildings, earthquake and hurricane prone areas Published by Geopolymer Institute 1997 [16] Joseph Davidovits Geopolymer Chemistry & Applications, ed J 3th edition 2011, Institut Geopolymer p.630 [17] Fly ash and raw or calcined natural Pozzolan use as a mineral admixture in Portland Cement Concrete, in ASTM C618 1994 [18] TCVN 4506 : 2012 – Nước trộn bê tông vữa Yêu cầu kỹ thuật [19] TCVN 7888 : 2014 – Tiêu chuẩn cọc bê tông ứng lực trước [20] TCVN 5574 : 2012 – Kết cấu bê tông bê tông cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế [21] ASTM C1116 – Standard Speccification for Firber – Reinforced Concrete [22] TCVN 7570 : 2006 TCVN 7572 : 2006 – Cốt liệu cho bê tông vữa Yêu cầu kỹ thuật 59 Luan van S K L 0 Luan van ... làm tăng khả chịu uốn chống cắt mẫu bê tông GPC cấu kiện dầm GPC gia cường sợi Do mục tiêu đề tài nghiên cứu ảnh hưởng sợi gia cường đến khả chịu uốn chống cắt cọc rỗng bê tông geopolymer tương... Luan van TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng sợi gia cường đến khả chịu uốn chống cắt cọc rỗng bê tông Geopolymer Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng sợi gia cường 05 tỷ lệ từ 0%;... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN PHÚ TÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỢI GIA CƯỜNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN VÀ CHỐNG CẮT CỦA CỌC RỖNG BÊ TÔNG