Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu biến dạng co ngót của bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam

NGUYỄN NGỌC BÌNH BỢ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG NGUYỄN NGỌC BÌNH * LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TƠNG TRONG ĐIỀU KIỆN TIÊU CHUẨN KHÍ HẬU VIỆT NAM Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số : 62580208 * MÃ SỐ 62580208 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NĂM 2017 HÀ NỘI – NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG NGUYỄN NGỌC BÌNH NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CO NGĨT CỦA BÊ TƠNG TRONG ĐIỀU KIỆN TIÊU CHUẨN KHÍ HẬU VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số : 62580208 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN TRUNG HIẾU GS TS NGÔ THẾ PHONG HÀ NỘI – NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Nghiên cứu sinh NGUYỄN NGỌC BÌNH LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Trung Hiếu, GS TS Ngô Thế Phong tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện động viên suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả chân thành cảm ơn tập thể thầy, mơn Thí nghiệm Kiểm định cơng trình, mơn Cơng trình bê tơng cốt thép khoa Đào tạo Sau đại học trường Đại học Xây dựng tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ hướng dẫn suốt thời gian tác giả nghiên cứu Bộ môn khoa Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể thầy, cô trường Đại học Xây dựng đóng góp nhiều ý kiến quý báu có giá trị cho nội dung đề tài luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn bạn bè, đồng nghiệp tận tình giúp đỡ động viên suốt trình tác giả học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thành viên gia đình thơng cảm tạo điều kiện chia sẻ khó khăn suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án i MỤC LỤC Trang Danh mục ký hiệu chữ viết tắt .vii Danh mục hình vẽ x Danh mục bảng xv MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG CO NGĨT CỦA BÊ TƠNG 1.1 Co ngót bê tơng 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới co ngót 1.2.1 Cốt liệu 1.2.2 Xi măng 1.2.3 Tỉ lệ Nước - Xi măng 1.2.4 Hình dạng kích thước kết cấu 1.2.5 Thời gian phương pháp bảo dưỡng 1.2.6 Nhiệt độ môi trường 1.2.7 Độ ẩm môi trường 1.2.8 Nhận xét, đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới co ngót 10 1.3 Một số mô hình dự báo biến dạng co ngót bê tơng tiêu chuẩn hành 10 1.3.1 Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 209R-92 [ 21 ] 10 1.3.2 Tiêu chuẩn châu Âu CEB FIP 2010 [ 46 ] 11 1.3.3 Tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE [ 48 ] 12 1.3.4 Tiêu chuẩn Anh quốc BS 8110 [ 42 ] 13 1.3.5 Viện Khoa học Xây dựng Nga [ 99 ] 14 ii 1.3.6 Tiêu chuẩn Úc AS3600 [ 33 ] 15 1.3.7 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 [ 15 ] 17 1.3.8 Tiêu chuẩn Nhật Bản JCSE 2007 [ 63 ] 17 1.3.9 Phân tích, đánh giá mơ hình tính tốn biến dạng co ngót 18 1.3.10 Nhận xét mơ hình tốn dự báo biến dạng co ngót 20 1.4 Phương pháp thực nghiệm xác định biến dạng co ngót bê tơng tiêu chuẩn hành 21 1.5 Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót bê tơng từ kết thực nghiệm 22 1.6 Tình hình nghiên cứu biến dạng co ngót giới Việt Nam 24 1.6.1 Tình hình nghiên cứu giới 24 1.6.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 25 1.7 Ảnh hưởng biến dạng co ngót bê tơng tới làm việc dài hạn kết cấu BTCT chịu uốn 27 1.7.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ảnh hưởng biến dạng co ngót bê tơng tới làm việc dài hạn kết cấu BTCT chịu uốn 27 1.7.2 Tính tốn độ võng dài hạn dầm BTCT có kể đến ảnh hưởng biến dạng co ngót bê tông theo tiêu chuẩn hành 29 1.7.2.1 Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 435R-95 [ 22 ] 29 1.7.2.2 Tiêu chuẩn châu Âu EUROCODE [ 48 ] 30 1.7.2.3 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 – 2012 [ 15 ] 30 1.7.2.4 Phân tích, đánh giá mơ hình tính tốn độ võng dài hạn dầm BTCT có kể đến ảnh hưởng biến dạng co ngót bê tơng 31 1.8 Hướng nghiên cứu 31 iii 1.8.1 Các yếu tố liên quan đến cấp phối vật liệu chế tạo bê tông 32 1.8.2 Các yếu tố liên quan đến môi trường 32 1.8.3 Yếu tố liên quan đến hình dạng cấu kiện 33 1.9 Mục đích nghiên cứu 33 1.10 Kết luận chương 34 CHƯƠNG - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG 35 2.1 Nội dung thí nghiệm 35 2.2 Bố trí thí nghiệm thiết bị đo 37 2.2.1 Dụng cụ đo 37 2.2.1.1 Dụng cụ đo thí nghiệm xác định biến dạng co ngót 37 2.3 Cơng tác chuẩn bị mẫu đo biến dạng co ngót, chế tạo bảo dưỡng 37 2.3.1 Chuẩn bị vật liệu 37 2.3.1.1 Xi măng 37 2.3.1.2 Cốt liệu lớn 38 2.3.1.3 Cốt liệu nhỏ 38 2.3.1.4 Nước 39 2.4 Mẫu thí nghiệm đo biến dạng co ngót 39 2.4.1 Chế tạo mẫu 39 2.4.2 Bảo dưỡng mẫu thử 40 2.4.3 Quy trình đo đạc biến dạng co ngót 41 2.4.4 Buồng khí hậu 42 2.4.5 Tính tốn kết 44 iv 2.5 Kết thí nghiệm 44 2.5.1 Kết thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu bê tơng 44 2.5.2 Kết thí nghiệm mô đun đàn hồi bê tông 45 2.5.3 Kết thí nghiệm mẫu đo biến dạng co ngót 47 2.6 Kết luận chương 50 CHƯƠNG - PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG CO NGĨT BÊ TƠNG 52 3.1 Đánh giá ảnh hưởng số yếu tố tới biến dạng co ngót 52 3.1.1 Ảnh hưởng tỉ lệ N/X (nhóm 1) 52 3.1.1.1 Đánh giá kết nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ N/X (nhóm 1) 53 3.1.1.2 Kết luận nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ N/X (nhóm 1) 56 3.1.2 Ảnh hưởng lượng xi măng thành phần (nhóm 2) 56 3.1.2.1 So sánh đánh giá kết nghiên cứu ảnh hưởng lượng xi măng thành phần (nhóm 2) đến biến dạng co ngót 58 3.1.2.2 Kết luận nghiên cứu ảnh hưởng lượng xi măng thành phần (nhóm 2) 61 3.1.3 Ảnh hưởng biến dạng co ngót đến khả gây nứt bê tơng (Nhóm 3) 61 3.1.3.1 Đánh giá ảnh hưởng ứng suất biến dạng co ngót (nhóm 3) 64 3.1.3.2 Kết luận nghiên cứu ảnh hưởng ứng suất biến dạng co ngót (nhóm 3) 65 3.2 Xác định biến dạng co ngót bê tơng điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam (Nhóm 4) 65 3.2.1.1 Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót từ kết thực nghiệm 67 v 3.2.1.2 Đánh giá kết nghiên cứu biến dạng co ngót bê tơng điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam (nhóm 4) 75 3.2.1.3 Kết luận nghiên cứu biến dạng co ngót bê tơng điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam (nhóm 4) 76 3.3 Kết luận chương 76 CHƯƠNG - NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG CO NGÓT ĐẾN ĐỘ VÕNG DÀI HẠN CỦA KẾT CẤU DẦM BTCT CHỊU UỐN 78 4.1 Nghiên cứu thực nghiệm xác định độ võng dài hạn dầm BTCT biến dạng co ngót bê tơng 78 4.1.1 Đặt vấn đề 78 4.1.2 Xây dựng mơ hình thí nghiệm 78 4.1.3 Chế tạo mẫu thí nghiệm 79 4.1.4 Bố trí dụng cụ đo 82 4.1.5 Các bước tiến hành thí nghiệm 82 4.1.6 Xử lý kết thí nghiệm 83 4.2 Xây dựng cơng thức tính tốn độ võng dài hạn dầm bê tông cốt thép biến dạng co ngót bê tơng 85 4.2.1 Các giả thiết 85 4.2.2 Sơ đồ ứng suất co ngót bê tơng 87 4.2.3 Các công thức 87 4.2.4 Độ võng dầm biến dạng co ngót 91 4.3 Công thức xác định hệ số từ biến từ kết thực nghiệm 92 4.4 Kết luận chương 98 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 99 vi Kết luận 99 Hướng phát triển nghiên cứu kiến nghị 100 Các cơng trình cơng bố tác giả có liên quan đến đề tài luận án 102 Tài liệu tham khảo 103 PHỤ LỤC PL1 Phụ lục Số liệu thí nghiệm đo biến dạng co ngót hao khối lượng PL1 Phụ lục So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu với số tiêu chuẩn hành PL37 Phụ lục Số liệu thí nghiệm đo độ võng dài hạn dầm D-1, D-2 PL44 Phụ lục Thuật tốn MAPLE tính tốn ảnh hưởng biến dạng co ngót tới độ võng dài hạn dầm PL46 Phụ lục Một số hình ảnh thí nghiệm PL49 PL36 Hình PL1 23 – Quan hệ biến dạng co ngót  tổ mẫu TM-12 theo thời gian t Hình PL1 24 – Quan hệ biến dạng co ngót  tổ mẫu TM-12 theo hao khối lượng m PL37 Phụ lục So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu với số tiêu chuẩn hành Hình PL2 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-1 với tiêu chuẩn hành PL38 Hình PL2 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-2 với tiêu chuẩn hành Hình PL2 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-3 với tiêu chuẩn hành PL39 Hình PL2 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-4 với tiêu chuẩn hành Hình PL2 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-5 với tiêu chuẩn hành PL40 Hình PL2 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-6 với tiêu chuẩn hành Hình PL2 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-7 với tiêu chuẩn hành PL41 Hình PL2 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-8 với tiêu chuẩn hành Hình PL2 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-9 với tiêu chuẩn hành PL42 Hình PL2 10 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-10 với tiêu chuẩn hành Hình PL2 11 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-11 với tiêu chuẩn hành PL43 Hình PL2 12 – So sánh kết thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-12 với tiêu chuẩn hành PL44 Phụ lục Số liệu thí nghiệm đo độ võng dài hạn dầm D-1, D-2 Bảng PL3 – Số liệu thí nghiệm độ võng dài hạn dầm D-1 Ngày ghi số liệu 16/12/2015 17/12/2015 18/12/2015 19/12/2015 21/12/2015 24/12/2015 26/12/2015 7/1/2016 15/1/2016 2/2/2016 16/2/2016 27/2/2016 25/3/2016 20/4/2016 3/5/2016 9/5/2016 26/5/2016 31/5/2016 14/6/2016 20/7/2016 9/8/2016 25/8/2016 17/9/2016 4/10/2016 22/10/2016 21/11/2016 30/11/2016 8/12/2016 4/1/2017 Thời gian t (ngày) 10 22 30 48 62 73 100 126 139 145 162 167 181 217 237 253 276 293 311 341 350 358 385 I1 I2 I3 2179 2181 2182 2184 2186 2182 2172 2172 2158 2149 2149 2149 2106 2159 2074 2074 2069 2064 2061 2057 2060 2065 2065 2064 2064 2063 2063 2063 2062 1884 1857 1841 1825 1797 1756 1726 1613 1537 1433 1380 1348 1265 1268 1217 1197 1192 1187 1165 1144 1139 1134 1128 1114 1124 1101 1099 1097 1087 2632 2633 2635 2635 2635 2634 2634 2634 2615 2600 2600 2594 2585 2576 2611 2585 2583 2585 2583 2587 2587 2584 2586 2585 2584 2583 2582 2581 2580 f (mm) 0.000 0.029 0.046 0.063 0.092 0.131 0.156 0.269 0.328 0.420 0.473 0.502 0.559 0.578 0.604 0.611 0.613 0.616 0.636 0.657 0.663 0.669 0.676 0.689 0.679 0.701 0.702 0.704 0.713 PL45 Bảng PL3 – Số liệu thí nghiệm độ võng dài hạn dầm D-2 Ngày ghi số liệu 16/12/2015 17/12/2015 18/12/2015 19/12/2015 21/12/2015 24/12/2015 26/12/2015 7/1/2016 15/1/2016 2/2/2016 16/2/2016 27/2/2016 25/3/2016 20/4/2016 3/5/2016 9/5/2016 26/5/2016 31/5/2016 14/6/2016 20/7/2016 9/8/2016 25/8/2016 17/9/2016 4/10/2016 22/10/2016 21/11/2016 30/11/2016 8/12/2016 4/1/2017 Thời gian t (ngày) 10 22 30 48 62 73 100 126 139 145 162 167 181 217 237 253 276 293 311 341 350 358 385 I1 I2 I3 1909 1911 1912 1914 1916 1912 1902 1902 1888 1879 1879 1879 1836 1889 1804 1804 1799 1794 1791 1787 1790 1795 1795 1794 1794 1793 1793 1793 1792 2025 1998 1982 1965 1935 1888 1856 1729 1650 1540 1482 1444 1367 1355 1326 1307 1291 1274 1263 1248 1226 1216 1210 1206 1204 1211 1202 1198 1194 362 363 365 365 365 364 364 364 345 330 330 324 315 306 341 315 313 315 313 317 317 314 316 315 314 313 312 311 310 f (mm) 0.000 0.029 0.047 0.065 0.095 0.140 0.167 0.294 0.356 0.454 0.512 0.548 0.599 0.632 0.636 0.642 0.655 0.670 0.679 0.694 0.717 0.728 0.735 0.738 0.740 0.732 0.740 0.743 0.746 PL46 Phụ lục Thuật toán MAPLE tính tốn ảnh hưởng biến dạng co ngót tới độ võng dài hạn dầm PL4.1 Thuật toán MAPLE tính tốn ứng suất bê tơng ứng suất cốt thép biến dạng co ngót > > > > > PL4.2 Thuật tốn MAPLE tính tốn độ cong dài hạn dầm bê tông cốt thép biến dạng co ngót > PL47 > > > PL4.3 Thuật tốn MAPLE tính tốn hệ số từ biến bê tông theo thời gian > > > > PL48 PL49 Phụ lục Một số hình ảnh thí nghiệm Hình PL5 – Chuẩn bị vật liệu cho cơng tác thí nghiệm a Cốt liệu lớn b Cốt liệu nhỏ Hình PL5 – Cơng tác thí nghiệm thành phần hạt PL50 Hình PL5 – Cơng tác chế tạo mẫu đo biến dạng co ngót