Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến tính chất cơ học của tấm bê tông khí chưng áp

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO T Tai Lieu Chat Luong NG ĐẠI C MỞ T ÀN P Ố Ồ C Í MIN - T ẦN Á P NG IÊN CỨU ẢN CẤP P ỐI ĐẾN TÍN ỚC ỞNG CỦA T ÀN C ẤT CƠ P ẦN C CỦA TẤM BÊ TƠNG KHÍ CH NG ÁP LUẬN VĂN T ẠC SĨ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NG IỆP TP Chí Minh, năm 2020 GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO T NG ĐẠI C MỞ T ÀN P Ố Ồ C Í MIN - T ẦN Á P NG IÊN CỨU ẢN CẤP P ỐI ĐẾN TÍN ỚC ỞNG CỦA T ÀN C ẤT CƠ P ẦN C CỦA TẤM BÊ TƠNG KHÍ CH NG ÁP : Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Chuyên ngành Mã số chuyên ngành : 60 58 02 08 LUẬN VĂN T ẠC SĨ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NG IỆP Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ AN TP Chí Minh, năm 2020 TUẤN i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần cấp phối đến tính chất học bêtơng khí chưng áp” nghiên cứu tơi Ngồi trừ tài liệu tham khảo trích dẫn luận văn này, tơi cam đoan tồn phần hay phần nhỏ luận văn chưa công bố sử dụng để nhận cấp nơi khác Khơng có sản phẩm/nghiên cứu người khác sử dụng luận văn mà khơng trích dẫn theo quy định Luận văn chưa nộp để nhận cấp trường đại học sở đào tạo khác TP Hồ Chí Minh, năm 2019 Trần Bá Phƣớc ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tơi xin có lời cảm ơn chân thành đến tất thầy dìu dắt truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, cách suy nghĩ giải vấn đề suốt khóa học cao học chun ngành xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp, khoa sau đại học, trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Đặc biệt tơi xin trân trọng bày tỏ lòng cảm ơn TS Lê Anh Tuấn, thầy tận tình hướng dẫn, bảo động viên tơi suốt q trình thực luận văn Tôi chân thành cảm ơn anh, chị bạn học viên cao học khóa 20172019, ngành xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp, trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh q trình học nhiệt tình, cởi mở trao đổi, bổ sung kiến thức Cảm ơn bạn đồng nghiệp hỗ trợ tơi nhiều q trình thiết kế mẫu thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm để phục vụ cho nghiên cứu Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, người bạn thân, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành chương trình cao học xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp iii TĨM TẮT Bêtơng khí chưng áp sử dụng nhằm thay cho vật liệu xây dựng truyền thống, giảm chi phí xây dựng thân thiện môi trường Nghiên cứu sử dụng thành phần cấp phối thiết kế với tỷ trọng 600, 700 800 kg/m3 bêtơng khí chưng áp dùng sản xuất panel Khi thành phần tỷ lệ chất kết dính ximăng – vơi thay đổi từ 0,5 đến theo khối lượng có khả tác dụng làm thay đổi độ linh động, thời gian phản ứng tạo rỗng Hàm lượng ximăng tăng nhiệt độ hỗn hợp cảng giảm, cường độ nén gia tăng khoảng 30% Khi tỷ lệ nước nhào trộn – trọng lượng thiết kế thay đổi từ 0,55 đến 0,65 làm tăng dần độ linh động, nhiệt độ phồng nở khả phồng nở hỗn hợp bêtơng khí Tuy nhiên, tỷ lệ nước – trọng lượng thiết kế thay đổi kèm theo thay đổi tỷ lệ ximăng – vôi làm giảm nhanh nhiệt độ khả phồng nở hỗn hợp Khi tỷ lệ ximăng vơi tăng cường độ nén uốn có xu hướng tăng dần Khi thành phần cấp phối dùng tỷ lệ nước tăng cường độ học có xu hướng thay đổi Tỷ lệ nước - trọng lượng khô kết hợp với tỷ lệ ximăng – vôi cao làm giảm nhanh độ hút nước bêtông sau chưng áp Các tính chất cường độ nén uốn cao với độ hút nước thấp giúp bêtơng khí chưng áp có độ bền tốt Thực nghiệm cho thấy, cấp phối thiết kế tăng tỷ trọng thiết kế hỗn hợp có xu hướng giảm độ linh động Lượng nước tăng lên tạo điều kiện cho trình phản ứng sinh nhiệt nên tạo điều kiện cho nhiệt độ hỗn hợp bêtông tăng lên thời gian phồng nở kéo dài, khả tạo rỗng diễn tốt Khi tỷ lệ nước tăng làm ảnh hưởng đến độ linh động khả chịu uốn nén bêtông Thành phần cấp phối thay đổi tỷ trọng thiết kế làm ảnh hưởng đến độ linh động, khả phồng nở, tính chất cường độ độ hút nước vật liệu bêtơng khí chưng áp Giá trị tỷ lệ ximăng – vôi, tỷ trọng thiết kế ảnh hưởng nhiều đến tính chất cường độ nén cường độ uốn Tỷ lệ ximăng – vôi tỷ trọng thiết kế làm tăng khả iii linh động hỗn hợp bêtông tác động đến độ phồng nở, làm tăng cường độ học vật liệu Điều tác động đến độ hút nước bêtơng có xu hướng giảm dần theo hàm lượng ximăng tăng dần Việc thiết kế cấp phối đạt độ phồng nở tốt cần quan tâm đến tỷ lệ chất kết dính tỷ trọng thiết kế ban đầu iii ABSTRACT Autoclaved aerated concrete (AAC) is known as environmental materials to replace to traditional construction materials In this research, AAC panels with dry density in range from 600 to 800 kg/m3 are investigated The workability in flow and seting time of mixture are varied by an increase in ratio of cement – lime from 0.5 to by weight The temperature of mixture is tend to increase with an increase in cement Hence, the compressive strength can be increased about 30% The workability, temperature of mixture and expansion degree are improved by various ratio of water – density from 0.55 to 0.65 But, the various ratio of cement – lime can be effected on decrease in temperature and expansion degree of mixture The compressive strength is slightly various On the other hand, the water absorption can be improved by high cement content and dry density The high compresisve and flexural strength and low water absorption can be improve the mechanical property of AAC panel In the experiment, the workability in flow can be decreased with high density An increase in water content can be improved reaction of porosity and temperature in mixture Moreover, the chemical reaction with aluminum and alkaline environment can be effected on porosity of AAC However, the compressive and flexural strength can be significantly decreased Hence, the design mechanical property of AAC panel should be considered in flowable, enpansion degree, water absorption and strength On the other hand, the ratio of cement – lime, dry density are also affected on strength of AAC The binder composition can be improved in flowable, expansion degree, strength and water absorption The property of AAC panel is not only considered in density and mechanic but also composition of binder in mix proportion iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iii DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .vii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Tình hình nghiên cứu bêtơng khí chưng áp ngồi nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng nước 11 1.3 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 18 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 2.1 Cơ sở khoa học trình tương tác nguyên liệu chứa SiO2 19 2.2 Cơ sở khoa học q trình phản ứng mơi trường nhiệt độ áp suất cao 22 2.2.1 Trong trình tạo hình 22 2.2.2 Trong trình dưỡng hộ nhiệt độ áp suất 22 2.3 Cơ sở khoa học trình phản ứng tạo rỗng 24 CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 28 3.1 Vật liệu thí nghiệm 28 3.1.1 Xi măng .28 3.1.2 Bột nhôm: 28 3.1.3 Thạch cao 29 3.1.4 Vôi .29 v 3.1.5 Nước 30 3.1.6 Cát nghiền 31 3.2 Phương pháp tạo mẫu 31 3.3 Phương pháp thực nghiệm 34 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 43 4.1 Ảnh hưởng tỷ lệ ximăng - vơi đến tính chất hỗn hợp bêtơng 43 4.2 Ảnh hưởng tỷ lệ nước - trọng lượng khơ đến tính chất hỗn hợp bêtơng 48 4.3 Ảnh hưởng lượng nước nhào trộn tỷ trọng thiết tính chất hỗn hợp bêtông 56 4.4 Ảnh hưởng trọng lượng khô hàm lượng nước tỷ lệ ximăng vơi khác đến tính chất hỗn hợp bêtông 65 4.5 Ảnh hưởng thành phần cấp phối đến đặc tính học bêtơng khí chưng áp 73 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 79 5.1 Kết luận 79 5.2 Hướng phát triển 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC GIẢI PHẦN MỀM ABAQUS 86 PHỤ LỤC 1: QUY TRÌNH MƠ PHỎNG 86 PHỤ LỤC 2: MƠ HÌNH 87 PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ 89 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THỰC TẾ TẤM PANEL 95 85 [22] W Van Boggelen (2014) “History of Autoclave Aerated Concrete – The short story of a long lasting building material” [23] Yeng Li et al, (2017) Effect of autoclaved lightweight concrete panels on the mechanical performance of container building and its equivalent method, Advances in Structural Engineering, Volume: 21 issue: 7, page(s): 1103-1116 86 PHỤ LỤC GIẢI PHẦN MỀM ABAQUS - Sử dụng phần mềm thương mại ABAQUS - Phần tử bêtơng thép C3D8R - Mơ Hình vật liệu sử dụng: Concrete Damage Platicity - Tính chất đối xứng mẩu thử nên ta sử dụng mô Hình đối xứng PHỤ LỤC 1: QUY TRÌNH MƠ PHỎNG Bước 1: Tạo dựng khối mơ hình phần tử solid (C3D8R) bao gồm: Bêtông thép Bước 2: Chọn mơ hình vật liệu để mơ Đối với thép sửa dụng mơ hình vật liệu đàn dẻo tuyến tính Đơi với mơ hình bê tơng sửa dụng mơ hình bê tơng phá hủy dẻo (Concrete Damage Plasticity model) với tham số chủ yếu sau:  Modun đàn hồi bê tông Ec  4700 fc'   Hệ số Posion (0.2) Tỷ số ứng suất nén hai trục ban đầu với ứng suất nén đơn trục f b0 f  ' c  0.075 Tỷ số bất biến ứng suất thứ hai phần kéo so với phần nén Kc      1.5 fc' 5.5    f c'  0.075 Góc giản nở 56.31  c     7.4 6.672e4.64c  c  0.5 c  0.5 Mơ hình ứng xử ứng suất – biến dạng  A X  B  X  f c'   A -   X   B  1  X      cc     f r   f  f r   exp          ' c     c0    cc Bước 3: Chọn điều kiện biên đối xứng điều kiện tải trọng Bước 4: Giải toán xuất kết chuyển vị 87 PHỤ LỤC 2: MÔ HÌNH Hình Mơ Hình panel Hình Điều kiện biên đối xứng 88 Hình Tải trọng tác dụng Hình Vị trí khảo sát chuyển vị 89 PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ Hình Các vị trí xác định chuyển vị panel Tải Trọng (kN) 0 10 12 Chuyển vị (mm) 14 Hình Chuyển vị vị trí & Lực 0.05655 0.2262 0.4524 0.65976 Vi trí & _ ABAQUS 0.105121 0.234501 0.493261 0.768194 16 18 20 90 0.88596 1.07446 1.26296 1.45146 1.58341 1.71536 1.82846 1.96041 2.03582 2.16777 2.33742 2.60132 3.27992 3.77003 4.14703 4.46748 4.73139 5.01414 5.35344 5.65504 5.90009 6.0886 6.40905 6.55985 6.89915 7.1442 7.40811 0.994609 1.25337 1.47978 1.7628 2.00539 2.28841 2.53908 2.73315 2.96765 3.16981 3.38814 3.47709 3.469 3.48518 3.50135 3.52561 3.66307 3.81671 4.05121 4.18868 4.39084 4.51213 4.6496 4.77089 4.85984 4.98113 5.03774 91 Tải Trọng (kN) 0 10vị (mm) 12 Chuyển 14 Hình Chuyển vị vị trí & Lực 0.0566 0.2262 0.4524 0.6598 0.886 1.0745 1.263 1.4515 1.5834 1.7154 1.8285 1.9604 2.0358 2.1678 2.3374 2.6013 3.2799 Vi trí & _ ABAQUS 0.105121 0.234501 0.493261 0.768194 0.994609 1.25337 1.47978 1.7628 2.00539 2.28841 2.53908 2.73315 2.96765 3.16981 3.38814 3.47709 3.469 16 18 20 92 3.77 4.147 4.4675 4.7314 5.0141 5.3534 5.655 5.9001 6.0886 6.4091 6.5599 6.8992 7.1442 7.4081 3.48518 3.50135 3.52561 3.66307 3.81671 4.05121 4.18868 4.39084 4.51213 4.6496 4.77089 4.85984 4.98113 5.03774 Tải Trọng (kN) 0 8Chuyển 10 vị (mm) 12 14 Hình Chuyển vị vị trí & Lực 0.22756 0.58154 1.01138 Vi trí & _ ABAQUS 0.0747331 0.13879 0.192171 16 18 20 93 1.26422 1.56764 1.87105 2.32617 2.6043 2.90771 3.13527 3.43869 3.76738 4.09608 4.42478 4.83 5.10746 5.48673 5.89128 6.32111 6.75095 7.18078 7.56005 7.9646 8.24273 8.59671 8.90013 9.27939 9.73451 10.2149 10 11.024 11.5297 12.0354 12.5917 12.8698 13.2743 13.5272 13.8053 14.134 14.4627 0.330961 0.544484 0.854093 1.07829 1.21708 1.36655 1.45196 1.54804 1.67616 1.79359 1.93238 2.07117 2.15658 2.26335 2.38078 2.48754 2.65836 2.80783 2.91459 2.98932 3.09609 3.19217 3.28826 3.37367 3.42705 3.51246 3.53381 3.53381 3.55516 3.59786 3.58719 3.66192 3.69395 3.77936 3.84342 3.95018 4.03559 94 14.7155 15.0948 15.6258 16.1062 16.4602 16.8394 17.0923 17.3957 17.598 18.129 4.13167 4.23843 4.31317 4.47331 4.54804 4.64413 4.69751 4.72954 4.8363 4.879 95 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THỰC TẾ TẤM PANEL KHÍ CHƢNG ÁP 96 97 98 99