Nghiên cứu xác định cường độ kéo của bê tông cường độ siêu cao bằng các thí nghiệm khác nhau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ KÉO CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM KHÁC NHAU NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ KÉO CỦA BÊ TƠNG CƢỜNG ĐỘ SIÊU CAO BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM KHÁC NHAU NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG – 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ ANH THẮNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2022 silica fume, xi măng, sợi gia cường, phụ gia siêu dẻo nước sở nguyên lý lấp đầy lỗ rỗng tối ưu hóa thành phần hạt Thời gian trơi qua trải qua nghiên cứu việc sử dụng sợi tăng dần lên ngày nghiên cứu phục vụ cho nhiều ngành nghề có ứng dụng ngành xây dựng như: làm giảm kích thước cho kết cấu, gia tăng khả chịu lực, độ bền cao, mang lại đặc biệt thẩm mỹ, phù hợp cho kết cấu đúc sẵn, có tính đột phá sáng tạo kết cấu Vì bê tông UHPC cốt sợi từ lâu trở thành đối tượng đặc biệt nhà khoa học giới Việt Nam quan tâm nghiên cứu [5] Tuy nhiên, bê tơng UHPC cốt sợi có cường độ chịu kéo khó xác định bị ảnh hưởng nhiều yếu tố bao gồm đặc tính sợi gia cường, phân hạng bê tơng, dạng thí nghiệm cường độ kéo Bài báo tập trung vào ứng xử kéo bê tông UHPC gia cường ba loại sợi khác nhau, với hàm lượng thay đổi từ 02% Dựa kết thí nghiệm, báo đưa bình luận khả chịu kéo bê tơng UHPC dựa thí nghiệm ép chẻ Thí nghiệm Nguyên vật liệu thí nghiệm dùng UHPC bao gồm xi măng PC50, Silicafume, cát mịn, cát nghiền, phụ gia siêu dẻo nước Các loại sợi sử dụng để gia cường gồm sợi thép mạ đồng, sợi PP, sợi Dramix 3D Xi măng PC50 Trong nghiên cứu tác giả sử dụng xi măng PC50, yêu cầu UHPC thông thường mác xi măng nén sau 28 ngày phải 52,5 MPa Loại có cường độ chịu nén ngày 29,7 MPa, 28 ngày 55,2 MPa phù hợp với việc chế tạo UHPC 89 Hình Xi măng PC50 Silicafume Silicafume loại phụ gia khống hoạt tính cao, hạt trung bình có đường kính từ 0,15 - 0,20 µm Thành phần silicafume silic dioxit không kết tinh, màu sắc bao gồm màu trắng, xám, xám đen Mật độ dung tích có từ 150 – 300 kg/m3 dạng tự nhiên Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng silicafume dạng khơ (hạt), màu xám đen 90 Hình Silicafume Cát trắng Cát trắng sử dụng thử nghiệm cát hạt mịn khơng có thành phần bụi bẩn ảnh hưởng tạp chất Cát có đường kính hạt từ 0,15 – 0,3 mm Cát dùng thử nghiệm đạt yêu cầu TCVN 7572:2006 “Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật” Hình Cát trắng Cát nghiền Cát trắng nghiền sử dụng thử nghiệm hạt cốt liệu có kích thước nhỏ 0,075 mm chế tạo sau trình nghiền cát thạch anh 91 Hình Cát trắng nghiền Phụ gia siêu dẻo Thử nghiệm sử dụng phụ gia siêu dẻo ADVA CAST 5388V phụ gia giảm nước tầm cao gốc polymer thiết kế đặc biệt để sản xuất bê tông có cường độ ban đầu cực cao Nƣớc Nước sử dụng để chế tạo hỗn hợp bê tông nước sinh hoạt phịng thí nghiệm Nước sử dụng phải đảm bảo sạch, khơng có tạp chất thành phần hóa học làm ảnh hưởng tới q trình đóng rắn bê tông, làm giảm độ bền kết cấu bê tơng q trình sử dụng Sợi thép mạ đồng (microfiber) Sợi thép mạ đồng (màu đồng) có cường độ cao, sợi thép mạ đồng gồm thông số kỹ thuật bảng Bảng Thông số kỹ thuật sợi thép mạ đồng Chiều dài (mm) Đường kính Cường độ chịu Khối lượng (mm) kéo (MPa) riêng (g / cm3) 13 0,2 >2000 7,85 Sợi PP (Polypropylene) Bảng tóm tắt thơng số kỹ thuật sợi PP sử dụng báo với thông số kỹ thuật sau Bảng Thơng số kỹ thuật sợi PP Tính Đường kính Độ giãn dài tối đa Đơn vị Thơng số mm 19 % 20 92 Cường độ chịu kéo MPa 550 Mơ đun đàn hồi MPa 6311 Độ nóng chảy o Trọng lượng riêng C 168 g/cm3 0.91 Sợi thép Dramix 3D Sợi Dramix 3D có màu đen xám sợi kéo nguội, có đầu neo, nhào trộn sợi thép vào bê tông, sợi thép phân tán không liên tục phần bố theo không gia ba chiều để chịu lực Khả làm việc sợi phụ thay đổi thay đổi hàm lượng chất lượng bê tông Bảng Thông số kỹ thuật sợi thép Dramix 3D Chiều dài (mm) 35 Đường kính Cường độ chịu Mô đun đàn (mm) kéo (MPa) hồi (N/mm2) 0,55 >1100 ± 210.000 Thiết kế cấp phối Cấp phối trộn UHPC dựa đề tài nghiên cứu tương tự trước cho bê tông UHPC, vật liệu UHPC gồm xi măng, silicafume, cát nghiền, cát hạt mịn, phụ gia siêu dẻo, nước sạch, cốt sợi gồm sợi thép sợi tổng hợp Bảng mô tả thành phần cấp phối UHPC C120 cường độ nén trung bình 120 MPa để sử dụng đề tài Cấp phối sử dụng bảng có hàm lượng xi măng PC50 cao, 1000 kg/m3, tỉ lệ N/XM 0,2 Ngoài hàm lượng phụ gia siêu dẻo sử dụng với tỉ lệ so với lượng xi măng 3%, đảm bảo hỗn hợp bê tông UHPC linh động – tính chảy cao dễ thi cơng Hàm lượng silicafume so với xi măng 25% 93 Bảng Thành phần vật liệu cấp phối UHPC Loại vật liệu UHPC Xi măng loại PC50 (kg/m3) 1000 Silicafume (kg/m3) 250 Cát hạt mịn (kg/m ) 665 Cát nghiền (kg/m3) 250 Phụ gia siêu dẻo (lít) 30 Nước (kg/m ) 250 N/XM 0.2 Bảng trình bày tóm tắt kế hoạch mẫu thí nghiệm thực cho nghiên cứu Mỗi thí nghiệm gồm 21 mẫu, có ba hàm lượng sợi Mỗi tổ mẫu có ba mẫu Tổng cộng 126 mẫu cho sáu loại thí nghiệm Thơng số kỹ thuật sợi thép thể tóm tắt Bảng Bảng Thông số kỹ thuật sợi thép Loại sợi thép TT Thông số kỹ thuật sợi thép Dramix 3D 65/60BG Hình dạng sợi, tiết diện ngang sợi Số lượng sợi (sợi /kg) Chiều dài sợi (mm) Đường kính sợi, đường kính tương đương (mm) Tỷ lệ hướng sợi Sợi tròn đầu neo 8.600 60 0.92 50 94 Cường độ chịu kéo (daN/cm2) >10.000 Các dụng cụ, máy móc thí nghiệm bao gồm máy liên hợp kéo, uốn, nén, ép chẻ với cơng suất 1000 kN (ngồi bên trái) Cường độ chịu nén UHPC dùng máy (ngoài bên phải) có cơng suất 3000 kN Hình Thiết bị thí nghiệm Kết thí nghiệm Cường độ chịu nén mẫu vật liệu UHPC kiểm tra mẫu lăng trụ kích thước 100x200mm Cuờng độ chịu nén trung bình mẫu thử lớn 120 MPa 95 Bảng tóm tắt kết ép chẻ hỗn hợp UHPC sợi thép mạ đồng với hàm lượng sợi khác Bảng Kết ép chẻ mẫu hỗn hợp UHPC sợi thép mạ đồng Pmax(kN) Ứng suất (MPa) 401.295 12.77 481.937 15.34 404.82 12.89 364.059 11.59 508.13 16.17 534.84 17.02 465.7 14.82 540.482 17.20 479.41 15.26 Stt Loại mẫu 0% sợi 1% sợi 2% sợi Trung binh (MPa) 13.67 14.93 15.76 Hình thể tăng hàm lượng sợi thép mạ đồng hỗn hợp UHPC cường độ ép chẻ mẫu tăng lên đáng kể, cụ thể tăng sợi từ 0% lên 1% cường độ chịu ép chẻ tăng 8,45%, hàm lượng sợi tăng từ 1% lên 2% cường độ ép chẻ tăng lên 8% Kết thí nghiệm cho thấy sợi thép mạ đồng phân bố tương đối đồng làm việc tốt bê tông nguyên nhân làm tăng khả chịu ép chẻ hỗn hợp Theo đánh giá trực quan, thêm sợi mạ đồng vào hỗn hợp UHPC, khả phân tán sợi tương đối tốt, phân bố Bảng Kết ép chẻ mẫu hỗn hợp UHPC sợi PP Stt Loại mẫu Pmax (kN) 96 Ứng suất (MPa) Trung bình (MPa) 401.295 12.77 481.937 15.34 404.82 12.89 424.524 13.51 438.557 13.96 552.890 17.60 448.346 14.27 466.853 14.86 361.209 11.50 0% sợi PP 1% sợi PP 2% sợi 13.67 15.02 13.54 Bảng tóm tắt kết ép chẻ hỗn hợp UHPC sợi PP hàm lượng sợi khác Cường độ ép chẻ cao 15,02 MPa, ứng với hàm lượng sợi 1%, cao so với mẫu 0% sợi 9% Trong hàm lượng tăng từ 1% sợi lên 2% sợi, cường độ ép chẻ mẫu lại giảm xuống 13,54 MPa tức giảm 9,8% so với mức hàm lượng sợi 1% Tuy nhiên, sợi PP q nhiều hỗn hợp bê tơng (2%) tượng vón cục sợi xuất làm giảm khả chịu chịu kéo ép chẻ Khả chịu ép chẻ trường hợp 2% giảm 0,9% so với trương hợp không sợi Bảng Kết ép chẻ mẫu hỗn hợp UHPC sợi thép Dramix 3D Stt Loại mẫu 0% sợi Pmax(kN) Ứng suất (MPa) 401.295 12.77 481.937 15.34 404.82 12.89 97 Trung bình (MPa) 13.67 494.888 15.75 353.354 11.25 509.505 16.22 388.448 12.36 481.947 15.34 427.687 13.61 1% sợi 2% sợi 14.41 13.77 Bảng tóm tắt kết ép chẻ hỗn hợp UHPC sợi thép Dramix 3D hàm lượng sợi khác Cường độ chịu ép chẻ đạt giá trị cao 14,41 MPa hàm lượng sợi thép 1%, cường độ lớn so với mẫu bê tông sợi Nhưng tiếp tục tăng hàm lượng sợi lên 2% cường độ chịu ép chẻ giảm xuống 13,77 MPa tức giảm xuống 4,4% Cường độ chịu ép chẻ hỗn hợp UHPC sợi thép Dramix 3D tăng hàm lượng 1% giảm hàm lượng 2% nguyên nhân cấu trúc sợi Dramix 3D hoàn toàn khác với sợi thép mạ đồng Sợi Dramix 3D có tác dụng tốt hỗn hợp có cốt liệu lớn (đá dăm) Khi hàm lượng sợi Dramix 3D lớn tượng rối sợi xảy ra, đặc tính móc sợi (loại sợi có tên gọi khác sợi hook) Hình thể cường độ chịu ép chẻ hỗn hợp bê tông UHPC với loại sợi hàm lượng thép khác Với hàm lượng sợi 2%, mẫu chứa sợi mạ đồng có đạt cường độ chịu ép chẻ lớn nhất, với giá trị 15,76 MPa Sợi PP sợi thép Dramix 3D, với hàm lượng 2%, tăng khả chịu kéo so với mẫu không sợi Mức độ tăng 9% 5% 98 Khi tăng hàm lượng sợi từ 1% lên 2%, có sợi thép mạ đồng tăng lên thêm 5% loại sợi PP sợi thép Dramix 3D giảm Nguyên nhân tượng rối sợi, đặc tính sợi Vậy nói kết thí nghiệm ép chẻ mẫu hình trụ bị ảnh hưởng phân bố sợi mẫu Sự phân bố bị chi phối lớn đặc tính sợi Ngồi phương đổ mẫu ảnh hưởng phần tới kết thí nghiệm SỢI THÉP MẠ ĐỒNG SỢI PP SỢI THÉP 3D Cường độ ép chẻ (MPa) 20.000 16.000 12.000 8.000 4.000 000 0% sợi 1% sợi 2% sợi Hàm lượng sợi (%) Hình Biểu đồ ép chẻ mẫu UHPC kết hợp loại sợi Bảng tóm tắt tổng hợp cường độ ép chẻ tiêu chuẩn, kết thử nghiệm giới Các kết thí nghiệm ép chẻ thường phụ thuộc vào cấp phối đặc tính loại sợi Phương đổ UHPC tuỳ theo loại mẫu có khả ảnh hưởng đến cường độ ép chẻ 99 Bảng cho thấy cường độ ép chẻ mẫu hình trụ UHPC nghiên cứu hoàn toàn phù hợp với tiêu chí tiêu chuẩn nghiên cứu khác giới Cường độ chịu ép chẻ đề tài có cường độ giao động từ 13.54 – 15.76 Mpa ứng với hàm lượng sợi khác lần lượg 0%, 1%, 2% Bảng Tổng hợp cường độ ép chẻ UHPC giới Tiêu chuẩn/tác giả JSCE (2006) [24] FWHA (USA) (2018) [26] EDRC (US Army Corps of Engineers) [34] Dura (Malaysia) [28] El – Helou (2014) [35] Kết thực nghiệm nghiên cứu Cƣờng độ ép chẻ (MPa) Loại mẫu Hình trụ 100x200 mm, 2% sợi thép 15/0.2mm 11.7 15 – 20 Hình trụ 100x200 mm, hàm lượng sợi thép từ 1- 4% 18.7 – 25.2 Hình trụ 100x200 mm cho cường nén; hình trụ 150x300 mm cho mơ đun đàn hồi Sử dụng loại sợi khác Mẫu hình trụ 100x200 mm sử dụng sợi thép – 2.5% 10 – 18 Mẫu hình trụ 100x200 mm, hàm lượng sợi thép – 2% 7.2 – 21.2 Mẫu hình trụ 100x200 mm, hàm lượng sợi thép – 2% 13.54 – 15.76 Kết luận Bài báo thực thí nghiệm kéo gián tiếp thông qua ép chẻ mẫu UHPC có cường độ nén trung bình 120 MPa Thực thí nghiệm xác định cường độ kéo cho hỗn hợp UHPC gia cường loại hàm lượng sợi khác Các loại sợi sử dụng thí nghiệm gồm sợi thép mạ đồng, sợi PP sợi thép Dramix 3D Mục tiêu phân tích ứng xử kéo bị ép chẻ UHPC gia cường loại sợi thông dụng Một số kết luận rút nghiên cứu này: 100 Sợi thép mạ đồng loại sợi có kết tối ưu so với loại sợi lại, sợi PP Dramix 3D Cường độ chịu kéo gián tiếp tương đối ổn định, thấy hàm lượng sợi tăng cường độ kéo tăng cao Theo đánh giá trực quan, thêm sợi mạ đồng vào hỗn hợp UHPC, khả phân tán sợi tương đối tốt, phân bố Đối với loại sợi PP tăng hàm lượng sợi hỗn hợp UHPC lên cao 1% cường độ ép chẻ giảm so với mẫu bê tơng khơng sợi Sợi PP có tác dụng giảm nứt co ngót bê tơng tốt, hàm lượng sợi tăng lên nhiều gây vón cục, phân bố sợi khơng đồng ảnh hưởng tới chất lượng bê tông Sợi thép Dramix 3D sợi đánh giá cuối thử nghiệm, cường độ ép chẻ hỗn hợp UHPC thấp loại sợi sử dụng Sợi thép Dramix 3D khơng phù với UHPC khơng có cốt liệu lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Graybeal B.A (2005), Characterization of the behavior of ultra-hight performance concrete, Ph.D Dissertation, University of Maryland, USA [2] Eppers, S.; Müller, C (2008), Autogenous shrinkage strain of ultra-highperformance concrete (UHPC), Proceedings of the Second International Symposium on Ultra High Performance Concrete, 5-7 March 2008, Kassel, Germany, Eds E Fehling, M Schmidt, S Stürwald (Kassel, Germany: Kassel University Press), pp.433441 (in book pdf) (Muller) [3] An, L.H (2018), Behavior of circular steel tube confined UHPC and UHPFRC columns under axial loading, Doctoral Dissertation, Institute of Structural Engineering (IKI), University of Kassel 101 [4] Bache, H.H (1981), Densified Cement/Ultra-Fine Particle-Based Materials Presented at the 2nd International Conference on Superplasticizers in Concrete, Ottawa, 10-12 June, published by Aalborg Cement, PO Box 165, DK9100 Aaborg, Denmark, 12p [5] An, L.H;, Bao, T.B.(2020): Nghiên cứu tổng quan đặc tính học bê tơng chất lượng siêu cao UHPC – kinh nghiệm từ Cộng hòa Liên bang Đức Khoa học công nghệ, 08, 2020 Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Đơn vị: Điện thoại: Email: 102 S K L 0 ... THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ KÉO CỦA BÊ TÔNG CƢỜNG ĐỘ SIÊU CAO BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM KHÁC NHAU NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG – 60580208 Hướng dẫn khoa... tiến hành thí nghiệm xác định cường độ kéo bê tông UHPC với nhiều loại sợi khác nhau, hàm lượng sợi khác cần thiết Mục tiêu thực đề tài 1.4 - Tìm cường độ chịu kéo UHPC qua thí nghiệm khác Tổng... văn thực hầu hết thí nghiệm liên quan đến khả chịu kéo bê tông cốt sợi điều kiện chế tạo bê tông UHPC nước, địa phương - Chưa có nhiều nghiên cứu xác định cường độ kéo thí nghiệm khác Từ phân tích