Nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn từ cát biển sử dụng với cốt lưới dệt cho các công trình biển cấp trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI  BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT TRONG KẾT CẤU CẦU Mã số: CTB 2014-04-04 THUỘC CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ, THI CƠNG VÀ SỬA CHỮA CƠNG TRÌNH CẦU BÊ TƠNG ĐÁP ỨNG YÊU CẦU PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Huy Cường Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội, 12/2016 MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC BẢNG BIỂU III DANH MỤC HÌNH ẢNH IV DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT 1.1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG CỐT LƯỚI DỆT VÀ MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CƠ HỌC QUAN TRỌNG 1.1.1 Lưới sợi dệt 1.1.2 Bê tông hạt mịn 1.1.3 Ứng xử dính bám lưới sợi dệt với bê tơng hạt mịn 16 1.2 KHẢ NĂNG CHẾ TẠO BÊ TÔNG HẠT MỊN BẰNG CÁT BIỂN 20 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG HẠT MỊN CÁT BIỂN 22 2.1 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TƠNG CÁT BIỂN ÁP DỤNG THÍCH HỢP CHO CỐT LƯỚI DỆT CÁC BON 22 2.2 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO BÊ TÔNG CÁT BIỂN ÁP DỤNG THÍCH HỢP CHO CỐT LƯỚI DỆT CÁC BON 24 2.2.1 Vật liệu chế tạo 24 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 25 2.2.3 Xác định cấp phối phù hợp 26 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH CƠ HỌC VÀ ĐỘ BỀN CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT CÁC BON SỬ DỤNG CÁT BIỂN 28 3.1 XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH CƠ HỌC VÀ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG HẠT MỊN CÁT BIỂN 28 3.1.1 Tính cơng tác 28 3.1.2 Cường độ chịu nén cường độ chịu kéo uốn 30 3.1.3 Mô đun đàn hồi, hệ số poisson 35 3.1.4 Độ bền chịu sun-phát 37 3.2 XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ DÍNH BÁM CỦA BÊ TƠNG CÁT BIỂN HẠT MỊN VỚI CỐT LƯỚI DỆT CÁC BON 40 3.2.1 Phương pháp thí nghiệm 40 3.2.2 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 CÁC NỘI DUNG CHÍNH ĐÃ ĐƯỢC THỰC HIỆN 45 CÁC KẾT LUẬN CHÍNH 45 KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 ii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 - Một số loại bê tông hạt mịn nghiên cứu giới dùng cho BTCLD 10 Bảng 1.2 - Thành phần số hỗn hợp bê tông hạt mịn điển hình [32] 10 Bảng 1.3 - Thành phần số hỗn hợp bê tông hạt mịn nghiên cứu dự án SFB528 SFB532 11 Bảng 1.4 - Thành phần hỗn hợp bê tông hạt mịn sử dụng cát quartz [3] 12 Bảng 1.5 - Tính cơng tác số cấp phối bê tông hạt mịn [15] 13 Bảng 1.6 - Cường độ chịu nén cường độ kéo uốn số loại bê tông hạt mịn [15] 13 Bảng 1.7 - Cường độ chịu kéo trực tiếp mô đun Young chịu kéo bê tông hạt mịn [15] 14 Bảng 1.8 - Mô đun đàn hồi chịu nén số loại bê tông hạt mịn [15] 15 Bảng 2.1 Thành phần cấp phối bê tông cát biển 24 Bảng 2.2 Thành phần hóa (%) xi măng tro bay cát biển 24 Bảng 3.1 Độ xịe bê tơng cát biển với hàm lượng tro bay khác 29 Bảng 3.2 Cường độ chịu nén bê tông cát biển (đơn vị: MPa) 31 Bảng 3.3 Cường độ chịu kéo uốn bê tông cát biển (đơn vị: MPa) 32 Bảng 3.7 Thành phần cấp phối bê tơng cát biển thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi hệ số poisson 36 Bảng 3.4 Mô đun đàn hồi bê tông cát biển theo điều kiện bảo dưỡng khác 36 Bảng 3.5 Hệ số poisson bê tông cát biển theo điều kiện bảo dưỡng khác 37 Bảng 3.6 Thành phần cấp phối bê tơng cát biển thí nghiệm chịu sunfat 37 Bảng 3.7 Thành phần cấp phối bê tơng cát biển thí nghiệm dính bám 40 Bảng 3.8 Cường độ dính bám trung bình bó sợi bon với bê tơng hạt mịn (đơn vị: MPa) 44 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bê tơng cốt lưới dệt Hình 1.2 Cấu trúc điển hình lưới sợi dệt Hình 1.3 Mặt cắt cốt sợi thủy tinh so sánh kích thước với cốt thép [6] Hình 1.4 Tính chất học số loại sợi [15] Hình 1.5 Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo sợi bản, bó sợi lưới sợi Hình 1.6 Thành phần bê tông hạt mịn Hình 1.7 - Cơn thí nghiệm thí nghiệm đo độ chảy lan bê tông hạt mịn [15] 12 Hình 1.8 - Thí nghiệm kéo trực tiếp bê tơng hạt mịn; hình trái: thiết lập thí nghiệm; hình phải: mẫu thí nghiệm [15] 14 Hình 1.9 - Các dạng phá hoại tiêu biểu mẫu thử bê tơng hạt mịn [15] 15 Hình 1.10 - Quan hệ ứng suất – biến dạng bê tông hạt mịn chịu nén [15] 16 Hình 1.11 Dính bám dính bám ngồi lưới sợi dệt [17] 17 Hình 1.12 Các sợi phía sử dụng keo epoxy làm tăng dính bám [17] 18 Hình 1.13 Mẫu thí nghiệm kết thí nghiệm kéo tuột bó sợi chiều [15] 19 Hình 1.14 Ảnh hưởng lớp phủ polymer đến chiều dài neo [24] 20 Hình 2.1 Phân bố kích thước hạt tro bay xi măng PC40 cát biển 25 Hình 2.2 Cấu trúc hạt tro bay kính hiển vi điện tử SEM 25 Hình 2.3 Điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn bảo dưỡng tự nhiên 26 Hình 2.4 Mẫu bê tơng khơng sử dụng tro bay 26 Hình 2.5 Mẫu bê tơng sử dụng 10% tro bay 27 Hình 2.6 Mẫu bê tơng sử dụng 20% tro bay 27 Hình 2.7 Mẫu bê tông sử dụng 30% tro bay 27 Hình 3.1 Tính cơng tác bê tông cát biển với hàm lượng tro bay khác 28 Hình 3.2 Độ chảy xịe mẫu bê tông không sử dụng tro bay 29 Hình 3.3 Độ chảy xịe mẫu bê tông sử dụng 10% tro bay 29 Hình 3.4 Độ chảy xịe mẫu bê tông sử dụng 20% tro bay 30 Hình 3.5 Độ chảy xịe mẫu bê tông sử dụng 30% tro bay 30 iv Hình 3.6 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn cường độ chịu nén 31 Hình 3.7 Ảnh hưởng hàm lượng tro bay đến cường độ chịu nén bê tông cát biển với tỷ lệ N/CKD-0,32 33 Hình 3.8 Ảnh hưởng tỷ lệ N/CKD đến cường độ chịu nén tuổi ngày bê tông cát biển 33 Hình 3.9 Ảnh hưởng tỷ lệ N/CKD đến cường độ chịu nén tuổi 28 ngày bê tông cát biển 34 Hình 3.10 Ảnh hưởng điều kiện bảo dưỡng đến cường độ chịu nén BTCB 34 Hình 3.11 Dạng phá hoại mẫu bê tơng cát biển thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi 36 Hình 3.11 Ảnh hưởng điều kiện bảo dưỡng đến cường độ chịu nén BTCB 38 Hình 3.12 Biểu đồ co nở bê tông dung dịch sulfat phụ thuộc vào hàm lượng tro bay 39 Hình 3.13 Kích thước lưới sợi carbon 41 Hình 3.14 Mẫu thí nghiệm xác định ứng xử dính bám 41 Hình 3.15 Thiết lập thí nghiệm dính bám lưới sợi 42 Hình 3.17 Đường cong quan hệ lực chuyển vị trượt điển hình mẫu A2 43 Hình 3.16 Dạng phá hoại mẫu thí nghiệm A2 43 v DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Họ tên Đơn vị cơng tác Nhiệm vụ Ngơ Đăng Quang Đại học Giao thông vận tải Chủ nhiệm đề tài Mai Đình Lộc Đại học Giao thơng vận tải Chủ nhiệm đề mục Lê Minh Cường Đại học Giao thông vận tải Chủ nhiệm đề mục vi MỞ ĐẦU Trong năm gần, nhu cầu cát xây dựng ngày tăng Nguồn cát tự nhiên (cát sông) sử dụng cho cơng trình xây dựng giao thơng trở lên khan Theo Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Thủ tướng Chính phủ, nhu cầu cát xây dựng nước ta năm 2015 92 triệu m3/năm năm 2020 tăng lên 130 triệu m3/năm [2] Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng cát xây dựng thực tế cao hơn, lên đến 140-150 triệu m3/năm vào năm 2020 tăng lên đến 200 triệu m3/năm Nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng cát xây dựng ngày cao để hạn chế việc khai thác q mức cát sơng nhiều hệ lụy sinh thái môi trường sống, nhiều giải pháp thay cát sông thực sử dụng cát nghiền, cát đụn, v.v Bên cạnh đó, số ý tưởng sử dụng cát biển làm cốt liệu để chế tạo bê tông đề xuất nghiên cứu nhằm giúp cho việc chế tạo bê tông khu vực biển, đảo đơn giản kinh tế Tuy nhiên, để đảm bảo khả chịu lực lâu dài, bê tông địi hỏi phải có khả chịu ăn mịn sun-phat cao đặc biệt yêu cầu sử dụng cốt có tính chống ăn mịn cao [5] Những u cầu hạn chế đáng kể khả sử dụng bê tơng cát biển cơng trình xây dựng Bê tông cốt lưới dệt (Textile-Reinforced Concrete, TRC) thành tựu lĩnh vực kết cấu bê tông, phát triển Đức hai trung tâm nghiên cứu trường Đại học Kỹ thuật Tổng hợp Dresden trường Đại học Kỹ thuật RWTH Aachen từ cuối năm 1990 [12] TRC gồm hai thành phần bê tơng hạt mịn lưới sợi dệt Lưới sợi dệt làm từ sợi nhỏ, thường có nguồn gốc từ carbon thủy tinh, với chiều dài khơng giới hạn bó lại thành bó nhỏ Các bó sợi dệt thành lưới đặt vào bê tông hạt mịn thay thép làm cốt Thành phần thứ TRC bê tơng hạt mịn với kích thước hạt lớn cốt liệu xấp xỉ mm [15] Điều đảm bảo khả dính bám tốt với lưới sợi dệt nhằm tạo cấu kiện có kích thước nhỏ chiều dày mỏng Lưới sợi dệt vật liệu có nhiều ưu điểm đặc biệt có cường độ cao, trọng lượng nhẹ đặc biệt bền vững với môi trường Việt Nam quốc gia biển có bờ biển dài, khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ cao, độ ẩm lớn Đây yếu tố thúc đẩy nhanh ăn mịn cốt thép cơng trình bê tơng cốt thép ven biển Việt Nam, làm giảm độ bền giảm tuổi thọ sử dụng Điều đặc biệt quan trọng, các hư hại ăn mòn làm cho khả tiếp tục sử dụng kết cấu khơng cịn an toàn Với ưu điểm vượt trội mình, bê tơng cốt lưới dệt có khả sử dụng hiệu để làm kết cấu chịu lực, sửa chữa tăng cường khả chịu lực cho cơng trình Đồng thời, TRC có cốt chịu lực lưới sợi khơng bị ăn mịn nên phù hợp để sử dụng với bê tông cát biển Ở Việt Nam, TRC dạng vật liệu chưa nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Nhằm mục đích bước đưa vật liệu vào sử dụng cơng trình xây dựng cách an toàn tin cậy, thời gian qua, loạt nghiên cứu thực trường Đại học Giao thơng vận tải, tập trung vào việc ứng dụng tăng cường khả chịu lực cho kết cấu BTCT ([8], [9], [10]) Từ lý trên, việc nghiên cứu chế tạo bê tông sử dụng cát biển, áp dụng thích hợp cho cốt lưới dệt cần thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài chế tạo bê tông sử dụng cát biển, áp dụng thích hợp với cốt lưới dệt xác định đặc tính học độ bền chủ yếu bê tông cát biển sử dụng cho kết cấu bê tông cốt lưới dệt Đối tượng nghiên cứu đề tài  Thành phần phương pháp chế tạo bê tông bê tông hạt mịn cát biển Việt Nam, áp dụng thích hợp cho cốt lưới dệt  Các đặc tính học độ bền bê tông hạt mịn cát biển cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi, hệ số poisson  Các đặc tính làm việc chung bê tơng cát biển hạt mịn với cốt sợi dệt Phạm vi nghiên cứu đề tài bê tơng cát biển có cường độ nén đặc trưng 50 MPa, kết hợp với lưới dệt carbon có độ mịn 1600tex Đề tài tiếp cận vấn đề từ kết nghiên cứu ngồi nước Từ đó, thực nghiên cứu thực nghiệm chế tạo xác định đặc tính học bê tông cát biển hạt mịn cốt lưới dệt Phương pháp nghiên cứu sử dụng đề tài nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm phòng Nghiên cứu lý thuyết tổng hợp cơng nghệ chế tạo số đặc tính học quan trọng bê tông sử dụng cho kết cấu bê tông cốt lưới dệt Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định tiêu lý vật liệu chế tạo bê tông cát biển hạt mịn, thiết kế thành phần bê tông cát biển áp dụng thích hợp cho cốt lưới dệt bon; thực nghiệm xác định số đặc tính học độ bền chủ yếu bê tông cát biển: cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn v.v Từ đó, phân tích, tổng hợp so sánh kết nghiên cứu thực nghiệm đề tài với kết nghiên cứu nước Nội dung đề tài gồm chia thành chương phần mở đầu, phần kết luận, kiến nghị Chương trình bày nghiên cứu tổng quan bê tông cốt lưới dệt số đặc tính học quan trọng Đồng thời phân tích khả chế tạo bê tơng cát biển Việt Nam, áp dụng thích hợp cho cốt lưới dệt bon Chương trình bày nghiên cứu thực nghiệm chế tạo bê tông hạt mịn cát biển, bao gồm thiết kế thành phần bê tông cát biển áp dụng thích hợp cho cốt lưới dệt bon Từ thực thí nghiệm chế tạo bê tơng cát biển áp dụng thích hợp cho cốt lưới dệt bon Chương trình bày thí nghiệm xác định đặc tính học độ bền chủ yếu bê tông cốt lưới dệt bon sử dụng cát biển, bao gồm cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi, hệ số poisson, độ bền chịu sun-phát vàxác định ứng xử dính bám bê tông cát biển hạt mịn cốt lưới dệt bon Phần kết luận kiến nghị trình bày tóm tắt số kết thực đề tài đưa số kiến nghị nên thực thời gian tới động điều kiện khô ẩm nhiệt độ thay đổi (Hình 2.3), dẫn đến bay nước co ngót làm cho cường độ chịu nén tuổi 28 ngày mẫu bê tơng cát biển bảo dưỡng ngồi khơng khí thấp so với mẫn bê tơng cát biển bảo dưỡng nước (20ºC độ ẩm 100%) Ảnh hưởng điều kiện bảo dưỡng đến cường độ bê tông thể thông qua hệ số nhạy cảm bảo dưỡng (Curing Sensitivity Index-CSI [7]) Hệ số CSI tỷ lệ phần trăm khác cường độ nén bê tông bảo dưỡng nước (điều kiện chuẩn) cường độ nén bê tông bảo dưỡng ngồi tự nhiên, thể cơng thức Hệ số cao có nghĩa bê tông nhạy cảm với điều kiện bảo dưỡng, hay điều điện bảo dưỡng tự nhiên có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông 𝑓 ′ 𝑐 (𝑊𝐶 ) − 𝑓 ′ 𝑐 (𝐴𝐶 ) 𝐶𝑆𝐼 = 100 (%) 𝑓 ′ 𝑐 (𝑊𝐶 ) (3.1) đó, CSI -Hệ số nhạy cảm bảo dưỡng (%), f’c(WC) - Cường độ nén bê tông bảo dưỡng nước (MPa), f’c(AC) - Cường độ nén bê tông bảo dưỡng ngồi tự nhiên (MPa) Theo cơng thức này, hệ số nhạy cảm bảo dưỡng CSI bê tông cát biển 14,0% Điều chứng tỏ điều kiện bảo dưỡng tự nhiên có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông cát biển Trong cát biển có chứa lượng muối lớn (xem Bảng 2.2) q trình thủy hóa rắn ngồi khơng khí với nhiệt độ độ ẩm thay đổi làm xảy q trình đóng tan muối bê tông dẫn đến nứt vỡ vi cấu trúc bên làm giảm cường độ bê tông 3.1.3 Mô đun đàn hồi, hệ số poisson Mô đun đàn hồi và ̣ số Poisson bê tông hạt mịn xác định theo tiêu chuẩn ASTM C469 [84] Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi và ̣ số Poisson thực mẫu bê tông hạt mịn hình trụ trịn, kích thước d x h = 15 x 30 cm Cấp phối bê tông cát biển thí nghiệm loại sử dụng 20% tro bay, với tỷ lệ nước chất kết dính 0,32, đạt cường độ chịu nén trung bình 53,6 MPa thời điểm 28 ngày (Bảng 3.4) Thiết bị thí nghiệm sử dụng gồm: máy kéo nén vạn SANS 3000 kN, khung đồng hồ đo mô đun đàn hồi Các mẫu thí nghiệm sau đổ khn bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn (T = 27 ± 2oC, W ≥ 90%) điều kiện tự nhiên đến 28 ngày tuổi Mẫu 35 tiến hành capping bề mặt theo tiêu chuẩn ASTM C617 trước thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi và ̣ số Poisson Bảng 3.4 Thành phần cấp phối bê tơng cát biển thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi hệ số poisson Hỗn hợp N/CKD 20% TB 0,32 TB (kg) SP (%) 120,5 2,0 XM (kg) N (kg) Cát biển (kg) 482 194 1573 Hình 3.11 Dạng phá hoại mẫu bê tơng cát biển thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi Bảng 3.5 Mô đun đàn hồi bê tông cát biển theo điều kiện bảo dưỡng khác Ec (MPa) Bảo dưỡng tự nhiên Bảo dưỡng tiêu chuẩn 14949,3 16986,5 16465,3 15719,5 16005,0 16425,7 15892,9 16323,0 Trung bình 15828,13 16363,67 Bảng 3.5 trình bày kết thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi (Ec) bê tông cát biển Mơ đun đàn hồi trung bình 15828,13 MPa 16363,67 MPa, tương ứng với điều kiện bảo dưỡng tự nhiên bảo dưỡng tiêu chuẩn Giá trị mô đun đàn hồi nhỏ nhiều so với bê tơng thường có cấp cường độ Điều giải thích bê tơng cát biển thành phần khơng có cốt liệu thơ mà có cốt liệu mịn (Dmax < 1mm) 36 với hạt siêu mịn khác xi măng, tro bay Tuy nhiên, giá trị mô đun đàn hồi gần với mô đun đàn hồi hỗn hợp bê tơng hạt mịn R2-17, có cường độ chịu nén 68 MPa mô đun đàn hồi 18600 MPa tuổi 28 ngày (Xem Bảng 1.6 Bảng 1.7) Dạng phá hoại mẫu thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi thể Hình 3.11 Bảng 3.6 trình bày kết thí nghiệm xác định ̣ số Poisson (μ) bê tông cát biển Hê ̣ số Poisson trung bình 0,1749 0,1788, tương ứng với điều kiện bảo dưỡng tự nhiên bảo dưỡng tiêu chuẩn Bảng 3.6 Hệ số poisson bê tông cát biển theo điều kiện bảo dưỡng khác μ Bảo dưỡng tự nhiên Bảo dưỡng tiêu chuẩn 0,1786 0,1826 0,1738 0,1703 0,1744 0,1792 0,1728 0,1831 Trung bình 0,1749 0,1788 3.1.4 Độ bền chịu sun-phát 3.1.4.1 Quy trình thí nghiệm Trong nghiên cứu này, thí nghiệm xác định thay đổi chiều dài bê tông cát biển dung dịch sun-phát thực theo tiêu chuẩn TCVN 6068:2004, loại mẫu thử có hình lăng trụ kích thước 75 x 75 x 285 mm Bảng 3.7 trình bày cấp phối mẫu thí nghiệm, với tỷ lệ nước chất kết dính khơng đổi, hàm lượng tro bay thay đổi từ 0, 10, 20 30% Bảng 3.7 Thành phần cấp phối bê tơng cát biển thí nghiệm chịu sunfat Mẫu Hỗn hợp N/CKD XM (kg) N (kg) Cát biển (kg) S1 0% TB 0,32 2,0 620 199 1573 S2 10% TB 0,32 61,1 2,0 550 196 1573 S3 20% TB 0,32 120,5 2,0 482 194 1573 S4 30% TB 0,32 177,9 2,0 415 191 1573 TB (kg) SP (%) 37 Sau kết thúc trình tạo mẫu, dùng đậy khn đậy kín khn chứa mẫu lăng trụ khuôn chứa mẫu lập phương cho kín nước, đặt khn vào thùng dưỡng hộ Lưu khuôn chứa mẫu lăng trụ khuôn chứa mẫu lập phương thùng dưỡng hộ có nhiệt độ nước trì ổn định (35 ± 3)ºC khoảng thời gian 23,5 ± 30 phút Sau đó, lấy khn khỏi thùng tiến hành tháo mẫu khỏi khuôn a) Chuẩn bị mẫu b) Ngâm mẫu c) Đo chiều dài mẫu Hình 3.12 Ảnh hưởng điều kiện bảo dưỡng đến cường độ chịu nén BTCB Pha dung dịch ngâm mẫu: Dung dịch natri sulfat 50g/l, có độ pH dung dịch sau pha nằm giới hạn pH = ÷ Đưa vữa lăng trụ vào ngâm thùng ngâm, trì nhiệt độ (27 ± 1)0C Đo chiều dài vữa dung dịch sulfat (Lix) theo TCVN 6068:2004 tuổi 1; 2; 3; 4; 8; 13; 15 tuần, tính từ ngâm mẫu Ghi kết đo Sau lần đo, thay dung dịch sulfat 3.1.4.2 Kết thí nghiệm Sự thay đổi chiều dài vữa thứ “i” tuổi “x” ngày ( Lix ), tính phần trăm (%), theo công thức sau: 38 Lix  Lix  Li  100 Le (3.2) Trong đó: Lix chiều dài bê tông thứ “i” tuổi “x” ngày, tính milimét (mm); Li chiều dài ban đầu bê tơng thứ “i”, tính milimét (mm); Le chiều dài danh nghĩa bê tông thứ “i”, 250 mm; Kết giá trị trung bình cộng thay đổi chiều dài vữa tuổi “x” ngày (Lx), tính %, theo công thức sau: n Lx   L ix i 1 (3.3) n 0.35 0.30 Độ nở (%) 0.25 0.20 0.15 mẫu 0% mẫu 10% mẫu 20% mẫu 30% 0.10 0.05 0.00 10 13 16 19 22 Ngày 25 28 Hình 3.13 Biểu đồ co nở bê tông dung dịch sulfat phụ thuộc vào hàm lượng tro bay Kết Hình 3.13 cho thấy ảnh hưởng tro bay đến co nở bê tông môi trường sulfat Tro bay, ngoài khả điền đầy tham gia thành phần cốt liệu bê tơng, cịn phản ứng với Ca(OH)2 để tạo C-S-H tăng pha đă ̣c cho bê tông xi măng Tro bay có thành phầ n chủ yế u là SiO2, mô ̣t phầ n SiO2 đã kế t hơ ̣p với vôi nên không còn nhiề u để tác du ̣ng với hàm lươ ̣ng Ca(OH)2 tự ta ̣o thành xi măng thủy hóa Như vậy, tăng hàm lượng tro bay thành phần bê tơng co nở 39 bê tông môi trường sulfat giảm làm tăng độ bền bê tông môi trường xâm thực, hạn chế phản ứng ăn mòn bê tơng xảy tác động hố học sản phẩm thuỷ hoá xi măng với ion môi trường Giảm thiểu hậu chúng phá vỡ cấu trúc đá xi măng, tạo thành hợp chất dễ hồ tan làm cho khối bê tơng bị ăn mòn, phá vỡ phá hủy kết cấu thép, ảnh hưởng đến chất lượng bê tông sử dụng 3.2 Xác định ứng xử dính bám bê tông cát biển hạt mịn với cốt lưới dệt bon 3.2.1 Phương pháp thí nghiệm Đặc tính dính bám bê tông hạt mịn với cốt lưới dệt tính chất quan trọng bê tơng cốt lưới dệt Đây tính chất giúp xác định chiều dài triển khai cốt lưới dệt, khoảng cách vết nứt bề rộng chúng kết cấu TRC Hiện nay, chưa có tiêu chuẩn cụ thể để xác định ứng xử dính bám lưới sợi dệt với bê tơng Đa số nghiên cứu ứng xử dính bám xác định chiều dài neo cần thiết cốt lưới dệt bê tông hạt mịn thực dựa sở thí nghiệm kéo tuột bó sợi (pull-out test) Tuy nhiên, hầu hết thí nghiệm xét đến bó sợi đơn lẻ, chưa xét đến ảnh hưởng cấu trúc lưới sợi, hay nói cách khác, chưa xét đến vai trị bó sợi ngang đến chiều dài neo Trong phần này, số kết nghiên cứu thực nghiệm ứng xử dính bám cốt lưới dệt sợi bon với bê tơng cát biển trình bày Các mẫu thí nghiệm sử dụng lưới sợi với chiều dài dính bám khác nhau, có xét đến ảnh hưởng bó sợi ngang Kết thí nghiệm xác định chiều dài neo có hiệu lưới sợi bon với bê tông cát biển Bê tơng cát biển sử dụng loại hỗn hợp có 20% tro bay, có cường độ chịu nén 53,6 MPa Thành phần cấp phối bê tơng cát biển thí nghiệm thể Bảng 3.8 Bảng 3.8 Thành phần cấp phối bê tơng cát biển thí nghiệm dính bám Hỗn hợp N/CKD 20% TB 0,32 TB (kg) SP (%) 120,5 2,0 40 XM (kg) N (kg) Cát biển (kg) 482 194 1573 Lưới sợi dệt loại bon Sigratex Grid 350 có cường độ chịu kéo 3550 MPa, với mô đun đàn hồi 225 GPa, với trọng lượng riêng 1,82 g/cm3 , độ mịn 1600tex Các bó sợi phủ lớp bọc polymer có nguồn gốc từ styrene butadine với hàm lượng phủ 15% Cấu trúc lưới dệt với bó sợi theo phương 0°/90°, có kích thước hình học Hình 3.14 Phương ngang 25 Chiều dày 0.2mm Phương dọc 25 Hình 3.14 Kích thước lưới sợi carbon Ý tưởng thí nghiệm kiểm tra loạt chiều dài dính bám mẫu thí nghiệm Do đó, mẫu thí nghiệm có tiết diện hình thang, với góc nghiêng xấp xỉ 45°, với chiều dài dính bám lb thay đổi từ 120 mm đến 200 mm (Hình 3.15) Chiều dày mẫu thí nghiệm 30 mm Lưới sợi đặt vào bê tông mịn đoạn chiều dài dính bám để trần phần phía ngồi Mẫu thí nghiệm đặt tên A, B mẫu bê tông cát biển cốt lưới dệt bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn, bảo dưỡng điều kiện tự nhiên Trong khn khổ thí nghiệm, tổng cộng có mẫu đúc, đó, ứng với loại có mẫu Mẫu A Mẫu B Hình 3.15 Mẫu thí nghiệm xác định ứng xử dính bám Mơ hình thí nghiệm kéo tuột (pull out test) thể trên Hình 3.16 Thiết bị gia tải máy kéo nén SANS 3000kN phịng thí nghiệm Vật liệu Kết cấu xây dựng 41 trường Đại học Giao thơng vận tải Mẫu thí nghiệm gia tải tĩnh, phương pháp khống chế chuyển vị với tốc độ mm/phút phá hoại Từng bó sợi kéo khối bê tơng hình thang giữ cố định Một khung thép kẹp vào đế máy thí nghiệm, giữ cố định, có vai trị kiềm chế khối bê tơng hạt mịn Tải trọng tác dụng đo thiết bị đo lực gắn trực tiếp máy, dịch chuyển tương đối cốt lưới dệt với khối bê tông đo LVDT gắn thiết bị gia tải Khung thép Khối bê tông hạt mịn Khối bê tơng hạt mịn Bó sợi ngang Bó sợi carbon Lực kéo Bó sợi dọc Hình 3.16 Thiết lập thí nghiệm dính bám lưới sợi 3.2.2 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm Mẫu thí nghiệm kéo điều kiện xảy ra: có giảm đột ngột lực tác dụng bó sợi bị kéo đứt có trượt đáng kể bó sợi với bê tơng mịn (bó sợi bị kéo tuột khỏi khối bê tông hạt mịn) Các dạng phá hoại mẫu thí nghiệm điển hình Hình 3.18 Đối với tất mẫu thí nghiệm, bó sợi Sigratex Grid 350 có chiều dài dính bám 120 mm 140 mm bị kéo tuột khỏi bê tông cát biển, cịn bó sợi có chiều dài dính bám lớn bị kéo đứt Đường cong quan hệ lực chuyển vị trượt mẫu thí nghiệm điển hình biểu diễn Hình 3.17 Khi chiều dài dính bám nhỏ, đường cong thể ứng xử đàn hồi tuyến tính giai đoạn Sau lực kéo đạt giá trị giới hạn, lực tác dụng giảm đột ngột mức tải trọng thấp thành phần dính bám hóa học Sau đó, lực tác 42 dụng khơng thay đổi với tăng chuyển vị trượt, nguyên nhân lực ma sát tạo nên lực dính bê tơng lưới sợi Đối với mẫu thí nghiệm có chiều dài dính bám đủ lớn, sau đạt đến giá trị lớn nhất, tải trọng giảm đột ngột khơng ( = 0) bó sợi bị kéo đứt Hình 3.17 Đường cong quan hệ lực chuyển vị trượt điển hình mẫu A2 Phá hoại bó sợi bị kéo tuột 120 mm 140 mm 160 mm Phá hoại bó sợi bị kéo đứt Hình 3.18 Dạng phá hoại mẫu thí nghiệm A2 Trên sở kết thí nghiệm với chiều dài dính bám thay đổi, chiều dài neo có hiệu xác định Chiều dài neo chiều dài cần thiết để truyền toàn lực kéo từ bó sợi vào bê tơng mịn xung quanh Các bó sợi có chiều dài dính bám lớn bị phá hoại kéo đứt, cịn bó sợi có chiều dài dính bám ngắn bị tuột hồn tồn (Hình 3.18) Nguyên nhân bó sợi có chiều dài dính bám lớn, ứng suất kéo vượt cường độ chịu kéo đứt bó sợi, dẫn đến sợi bị đứt Giới hạn bó sợi bị tuột 43 bó sợi bị kéo đứt chiều dài neo cần thiết Do đó, loại bê tông cát biển A B, chiều dài neo lưới sợi carbon Sigratex Grid 350 xác định 160 mm Các kết thí nghiệm tương đồng với kết công bố Ortlep [24], với chiều dài neo xấp xỉ 140 mm sử dụng lưới sợi carbon có với hàm lượng lớp phủ 15% Bảng 3.9 Cường độ dính bám trung bình bó sợi bon với bê tông hạt mịn (đơn vị: MPa) TT Mẫu A - bảo dưỡng tiêu Mẫu B - bảo dưỡng tự chuẩn nhiên Chiều dài dính bám (mm) Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu 120 1,75 1,78 1,90 1,70 1,73 1,82 140 1,85 1,92 1,95 1,79 1,88 1,89 160 1,86 1,94 1,96 1,80 1,90 1,86 Cường độ dính bám trung bình (MPa) 1,88 1,80 Cường độ dính bám trung bình bó sợi bon với bê tông cát biển tổng hợp Bảng 3.9 Từ kết thí nghiệm, cường độ dính bám trung bình loại lưới sợi bon Sigratex Grid 350 với mẫu bê tông cát biển bảo dưỡng tiêu chuẩn xác định xấp xỉ 1,88 MPa, lớn so với mẫu B bảo dưỡng tự nhiên (1,80 MPa) Các giá trị cường độ dính bám nhỏ so với cường độ dính bám lưới sợi Sigratex Grid 350 với bê tơng hạt mịn sử dụng cát quartz có giá trị 1,95 MPa [3] Tuy nhiên, loại bê tơng cho dạng phá hoại kéo đứt có chiều dài dính bám 160 mm Điều giải thích chiều dài neo cần thiết lưới sợi bê tông cát quartz bê tông cát biển lớn 140 mm nhỏ 160 mm Điều chứng tỏ, việc loại bê tông cát biển hồn tồn kết hợp với lưới sợi bon Sigratex Grid 350 để phát huy làm việc đồng thời bê tông cốt chịu lực 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CÁC NỘI DUNG CHÍNH ĐÃ ĐƯỢC THỰC HIỆN Tuân theo đề cương duyệt, đề tài nghiên cứu hoàn thành nội dung sau: - Tổng hợp phân tích nghiên cứu ngồi nước vật liệu số đặc tính học bê tơng cốt lưới dệt Đồng thời phân tích khả chế tạo bê tông cát biển Việt Nam, áp dụng thích hợp cho cốt lưới dệt bon - Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cát biển, xây dựng số cấp phối bê tông cát biển có tỷ lệ nước chất kết dính thay đổi, đồng thời thay đổi hàm lượng tro bay từ 0%, 10%, 20% 30% lượng chất kết dính Các kết thực nghiệm cho thấy, lý thuyết thiết kế thành phần bê tơng thơng thường sử dụng để thiết kế thành phần bê tông cát biển - Xác định thí nghiệm đặc tính học độ bền, bao gồm cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi, hệ số poisson, độ bền chịu sun-phát - Xác định ứng xử dính bám bê tơng cát biển với cốt lưới dệt bon CÁC KẾT LUẬN CHÍNH Các kết nghiên cứu thực cho phép đưa kết luận sau: - Có thể sử dụng cát biển tro bay chế tạo bê tông hạt nhỏ đạt cường độ tuổi 28 ngày: 50-60; 40-50 30-40 MPa tương ứng với tỷ lệ nước chất kết dính 0,32; 0,36; 0,40 - Tượng tự bê tông thường, tăng hàm lượng tro bay thay xi măng 0-30% cải thiện tính cơng tác bê tông cát biển Tuy nhiên, tăng hàm lượng tro bay thay xi măng 0-30% làm giảm cường độ chịu nén bê tông tuổi 3,7 28 ngày - Bê tông sử dụng cát biển 20% tro bay bị ảnh hưởng đáng kể điều kiện bảo dưỡng Cường độ chịu nén tuổi 28 ngày BTCB bảo dưỡng tự nhiên giảm đến 14% so với bê tông bảo dưỡng điều kiện ẩm - Với số liệu có, bê tơng bê tơng hạt mịn cát biển có mơ đun đàn hồi nhỏ nhiều bê tông hạt mịn cát quartz có cường độ chịu nén Điều có có 45 thể giải thích mẫu thí nghiệm mơ đun đàn hồi, bê tơng hạt mịn cát biển có độ rỗng cao - Cường độ dính bám trung bình loại lưới sợi bon Sigratex Grid 350 với mẫu bê tông cát biển bảo dưỡng tiêu chuẩn xác định xấp xỉ 1,88 MPa, lớn so với mẫu B bảo dưỡng tự nhiên (1,80 MPa) Chiều dài neo lưới sợi Sigratex Grid 350 xác định 160 mm loại bê tông cát biển Trong thí nghiệm này, có dạng phá hoại tuột bó sợi khỏi chất kéo đứt bó sợi Khi chiều dài dính bám lớn chiều dài neo, phá hoại kéo đứt bó sợi xảy KIẾN NGHỊ Các kết nghiên cứu bước đầu cho thấy, bê tơng cát biển có đặc tính học phù hợp để áp dụng với lưới sợi dệt Do đó, nhóm thực đề tài kiến nghị: - Tiếp tục nghiên cứu đặc tính học dài hạn bê tơng cát biển - Tiếp tục nghiên cứu quy mô kết cấu với bê tông cát biển cốt lưới dệt, áp dụng để tăng cường khả chịu lực cho kết cấu bê tông cốt thép 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Đăng Quang, Nguyễn Duy Tiến (2016), Kết cấu bê tông bản, NXB Giao thông vận tải, 2016 [2] Quyết định THỦ TƯỚNG CHÍNH PHỦ, phê duyệt quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 định hướng đến năm 2030, Số: 1469/QĐTTg 2014 [3] Nguyễn Huy Cường (2017), Nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt lưới dệt kết cấu cầu, CTB 2014-04-04, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp [4] Lê Minh Cường (2017), Nghiên cứu chế tạo xác định ứng xử học độ bền bê tơng hạt mịn tính cao cốt lưới dệt ứng dụng cơng trình cầu, CTB 2014-04-03, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp [5] KATANO, et all, Properties and Application of Concrete Made with Sea Water and Un-washed Sea Sand, Conference Sustainable Construction Materials And Technologies (SCMT), 2013 [6] Michael Frenzel, Nguyễn Việt Anh, Manfred Curbach (2013), Bê tông lưới sợi: Phần 1: Thành phần cấu tạo tính chất vật liệu, Tạp chí Xây dựng, Số 05/2013, Tr 79-81 [7] Michael Frenzel, Nguyễn Việt Anh, Manfred Curbach (2013), Bê tông lưới sợi: Phần 2: Nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng thực tế, Tạp chí Xây dựng, Số 09/2013, Tr 88-90 [8] Nguyễn Huy Cường, Vũ Văn Hiệp, Lê Đăng Dũng (2015), Nghiên cứu ứng xử chịu uốn dầm bê tông cốt thép tăng cường bê tông cốt lưới dệt, Tạp Chí KHKT Thủy Lợi & Mơi Trường, số 48, Quý I/2015 [9] Nguyễn Huy Cường, Ngô Đăng Quang, Lê Minh Cường, Nguyễn Hoàng Quân (2016), Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng xử chịu uốn dầm bê tông cốt thép tăng cường bê tông cốt lưới dệt sợi bon, Tạp chí kết cấu công nghệ xây dựng, số 23/2016 [10] Nguyễn Huy Cường, Ngô Đăng Quang, Lê Minh Cường, Vũ Văn Hiệp (2017), Phân tích thực nghiệm đánh giá ứng xử chịu cắt dầm bê tông cốt thép tăng cường bê tơng cốt lưới dệt sợi bon, Tạp chí Khoa học GTVT, Số 56, Tháng 02/2017, tr20-25 47 [11] Phạm Duy Hữu (2011), Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tơng có cường độ siêu cao ứng dụng kết cấu cầu nhà cao tầng, B2010 – 04 – 130 TĐ, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp [12] Hegger, J., N Will (2007), Textile Reinforced Concrete — A new Composite Material Advances in Construction Materials 2007, Springer Berlin Heidelberg: 147156 [13] Manfred Curbach (2002), SFB 528: Textile Bewehrungen zur Bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung, Arbeits- und Ergebnisbericht für die Periode II/1999 - I/2002 [14] Papanicolaou C.G Papantoniou I.C (2010), Mechanical behavior of textile reinforced concrete (TRC)/concrete composite elements, Journal of Advanced Concrete Technology 8(1): 35–47 [15] Brameshuber W., Brockmann T., Curbach M., Meyer C., Vilkner G., Mobasher B., Peled A., Reinhardt H.W., Wastiels J (2006), Textile Reinforced Concrete State-of-the Art Report of RILEM Technical Comittee 201-TRC, 1st ed Bagneux, vol 36: RILEM Publications S.A.R.L., 2006, [16] De Larrard, (1999), Concrete Mixture Proportioning: A Scientific Approach 1999: Taylor & Francis [17] Jesse F (2005), Load bearing behaviour of filament yarns embedded in cementious matrix, PhD Thesis, Faculty of Civil Engineering, Technische Universität Dresden, 2005 [18] Brameshuber, W Development and Optimization of Cementitious Matrices for Textile Reinforced Elements in Proceedings of the 12th International Congress of the International Glassfibre Reinforced Concrete Association 2001 [19] Meyer, C Glass Concrete Thin Sheets Prestressed with Aramid Fiber Mesh in Proceedings of the 4th International RILEM Workshop on High Performance Fiber Reinforced Cement Composites (HPFRCC4) 2003 [20] Mobasher, B., A Peled, and J Pahilajani Pultrusion of Fabric Reinforced High Flyash Blended Cement Composites in Proceedings of World of Coal Ash 2005 Lexington, USA [21] Webstite: https://tuoitre.vn/lam-betong-tu-cat-va-nuoc-bien-482108.htm 48 [22] Krüger M (2004) Vorgespannter textilbewehrter Beton, PhD-Thesis, Institut für Werkstoffe im Bauwesen, University of Stuttgart [23] Xu, S and H Li (2007), Bond properties and experimental methods of textile reinforced concrete, Journal of Wuhan University of Technology-Mater Sci Ed 22(3): 529-532 [24] Regine Ortlepp (2011), Anchorage Length for Textile Reinforced Concrete, International Journal of Environmental Protection(IJEP), Vol.1, No.3, 2011, PP.43-48 [25] Thanasis C Triantafillou (2016), Textile Fibre Composites in Civil Engineering, Woodhead Publishing, , ISBN 9781782424468 [26] Frenzel, M.; Ortlepp, R.; Scheerer, S.; Curbach, M (2013), “Textile Reinforced Concrete A novel, light and shapeable material” Hormigón y Acero 64 (2013) 268, S 47-74 [27] Brockmann, T., (2006), Mechanical and Fracture Mechanical Properties of Fine Grained Concrete for Textile Reinforced Composites, Ph.D thesis – In: Schriftenreihe Aachener Beiträge zur Bauforschung, Institut für Bauforschung der RWTH Aachen [28] Zulassung Z-31.10-182 (2015) Gegenstand: Verfahren zur Verstärkung von Stahlbeton mit TUDALIT (Textilbewehrter Beton), Prüfstelle: DIBt, Antragsteller: TUDAG TU Dresden Aktiengesellschaft 49