Nghiên cứu ứng xử dầm bê tông cốt thép tái chế có phụ gia silica fume bị ăn mòn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP TÀI CHẾ CĨ PHỤ GIA SILICA-FUME BỊ ĂN MÒN S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2022 - 202 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: HOÀNG NGỌC HIẾU SKC008050 Tp Thủ Đức, tháng 11/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2022 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP TÁI CHẾ CĨ PHỤ GIA SILICA-FUME BỊ ĂN MỊN Thuộc lĩnh vực: Kỹ thuật Xây dựng Nhóm SV thực hiện: Hoàng Ngọc Hiếu Nam, Nữ: Nam Võ Minh Bảo Nam, Nữ: Nam Lương Tuấn Đạt Nam, Nữ: Nam Hồ Võ Trọng Nhân Nam, Nữ: Nam Nguyễn Phúc Thịnh Nam, Nữ: Nam SV chịu trách nhiệm chính: Hồng Ngọc Hiếu Dân Tộc: Kinh Lớp, Khoa: 18149CL2A, Năm thứ / Số năm đào tạo Ngành học: Kỹ thuật cơng trình xây dựng GV hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hưng TP Thủ Đức - Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ứng xử dầm bê tơng cốt thép tái chế có phụ gia Silica-fume bị ăn mịn - Chủ nhiệm đề tài: Hồng Ngọc Hiếu - Lớp: 18149CL2A Mã số SV: 18149086 Khoa: Đào tạo Chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên Võ Minh Bảo MSSV 17149046 Lớp 17149CL2B Khoa Đào tạo Chất lượng cao Lương Tuấn Đạt 17149061 17149CL2B Đào tạo Chất lượng cao Hồ Võ Trọng Nhân 17149121 17149CL2A Đào tạo Chất lượng cao Nguyễn Phúc Thịnh 17149149 17149CL2C Đào tạo Chất lượng cao - Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hưng Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu ăn mòn việc dầm bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế có sử dụng phụ gia silica-fume Đánh giá ảnh hưởng bê tông tái chế tới cường độ bê tông dầm sử dụng phụ gia silica-fume So sánh mức độ ăn mòn bê tơng bình thường với bê tơng tái chế có sử dụng phụ gia silica-fume Tính sáng tạo: Đề tài nghiên cứu ứng xử dầm bê tông sử dụng đa dạng cốt liệu tái chế để đánh giá khách quan khả ăn mòn cường độ bê tông Song song đề tài để thêm vào phụ gia Siliaca – Fume để từ tìm hiểu ứng xử dầm phụ gia so với mức độ ăn mịn bê tơng thường Kết nghiên cứu: So sánh kết qủa tính tốn dầm tái chế có phụ gia silica-fume dầm để đưa kết luận mức độ ăn mòn Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Hoàn thiện thêm lý thuyết ứng dụng loại vật liệu tái chế từ vụn bê tông Khả ứng dụng vụn bê tông bê tông so với bê tông cốt liệu tự nhiên Làm phong phú thêm kết đặc điểm, tính chất hỗn hợp bê tơng sử dụng vụn bê tông tái chế Kết nghiên cứu sử dụng cơng tác thiết kế sản xuất thành phần cốt liệu phục vụ lĩnh vực khác Các kết nghiên cứu làm tài liệu tham khảo cho đơn vị xây dựng cơng trình, cho nhà quản lý, làm tài liệu giảng dạy đại học sau đại học Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): TP Thủ Đức, Ngày 14 tháng 11 năm 2022 SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Hồng Ngọc Hiếu Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): TP Thủ Đức, Ngày 14 tháng 11 năm 2022 Người hướng dẫn (kí, họ tên) TS Nguyễn Thanh Hưng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I DANH MỤC HÌNH ẢNH II DANH MỤC BẢNG BIỂU IV CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1.Mở đầu 1.2 Nguồn gốc bê tông 1.3 Những khó khăn ứng dụng vụn bê tông 1.4 Những thuận lợi sử dụng phế thải bê tông 1.5 Sự cần thiết đề tài mục tiêu nghiên cứu 1.5.1 Tính cấp thiết đề tài 1.5.2 Mục đích nghiên cứu đề tài .5 1.5.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.6 Kết luận chương CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC .7 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Bản chất điện hóa q trình ăn mịn cốt thép bê tông 2.3 Nhiệt động q trình ăn mịn cốt thép bê tông 2.4 Sự phân cực phàn ứng điện hóa 11 CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM .15 3.1 Giới thiệu chương 15 3.2 Tổng quan q trình thí nghiệm 16 3.3 Bê tông 16 3.4 Cốt thép 17 3.5 Silica-fume 18 3.6 Quy trình thí nghiệm 20 3.6.1 Gia công đặt khung thép vào cốp pha .20 3.6.2 Đổ bê tông 21 3.6.3 Bảo dưỡng dầm BTCT 21 3.6.4 Quy trình cho dầm ăn mịn .22 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 4.1 Tiến hành so sánh dầm bê tông tái chế dầm bình thường 25 CHƯƠNG KẾT LUẬN .27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 LỜI CẢM ƠN Đề tài “Nghiên cứu ứng xử dầm bê tơng tái chế có phụ gia silica-fume bị ăn mòn” kết nghiên cứu thời gian vừa qua nhóm sinh viên hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Thanh Hưng Mục đích đề tài nhằm nghiên cứu ăn mòn bê tông tái chế dụng phụ gia Silica- Fume so với dầm bê tơng cốt thép thơng thường Nhóm tác giả nghiên cứu xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hưng tận tình hướng dẫn, bồi dưỡng kiến thức lực nghiên cứu khoa học Nhóm tác giả cảm ơn Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, khoa Xây dựng Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM , Phịng Thí nghiệm cơng trình Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, động viên tạo điều kiện thuận lợi để nhóm nghiên cứu hồn thành đề tài I DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bức tường xây thời La Mã Hình 1.2 Vụn bê tông Hình 2.1 Mơ hình biểu diễn ăn mịn cốt thép bê tơng cốt thép Hình 2.2 Giản đồ Pourbaix hệ Fe  H 2O 250 C 11 Hình 2.3 Đường cong phân cực trình điện phân .12 Hình 2.4 Đường cong phân cực trình điện bị giới hạn khuếch tán oxy đến catot 13 Hình 2.5 Đường cong phân cực anot diễn tả dịch chuyển từ hòa tan chủ động sang thụ động……………………………………………………………………………… 13 Hình 3.1 Mẫu dầm thí nghiệm 15 Hình 3.2 Lịng thép sau thi cơng 18 Hình 3.3 Silica-Fume .19 Hình 3.4 Gia cơng cốp pha trước đổ dầm BTCT .20 Hình 3.5 Đổ bê tơng dầm BTCT .21 Hình 3.6 Bảo dưỡng dầm BTCT .21 Hình 3.7 Xử lý chống thấm bể 22 Hình 3.8 Đổ muối vào bể 22 II Hình 3.10 Nối dây điện vào thép .23 Hình 4.1 Dầm ngâm bể tiến hành ăn mịn 25 Hình 4.2 Dầm bê tơng bình thường bị ăn mịn 27 III Bảng 3.1 Cấp phối mẫu dầm Thành Thành Mẫu phần tái Xi măng Cát Đá Nước phần tái Silica- dầm chế PC 40 (kg/m3) (kg/m3) (l/m3) chế Fume (%) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) M1 - 28.395 60.48 129.6 16.65 - - M2 30 28.395 60.48 90.72 16.65 38.88 3.155 M3 50 28.395 60.48 64.8 16.65 64.8 3.155 M4 70 28.395 60.48 38.88 16.65 90.72 3.155 3.4 Cốt thép Cốt thép đường kính 14mm, đường kính 12mm dùng làm cốt thép chịu lực đường 6mm làm cốt đai sử dụng cho tất mẫu dầm, thông số cốt thép thể bảng 2.2 thuộc nhóm thép CB300-V theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2:2018 [12] Bảng 3.2 Thông số cốt thép Mác thép Giới hạn chảy Giới hạn bền (MPa) (MPa) CB300-V 300 Độ giãn dài sau đứt (%) 450 16 17 Hình 3.2 Lịng thép sau thi cơng 3.5 Silica-fume Trong bê tơng Silica-Fume phân bố khoảng trống hạt xi măng tham gia phản ứng với sản phẩm thủy hóa xi măng hình thành khống Nhờ cải thiện cấu trúc, độ chống thấm, cường độ, độ bền lâu khả bảo vệ cốt thép bê tông môi trường xâm thực Trong nghiên cứu Silica-Fume sử dụng 10% cho mẫu dầm M2, M3, M4 với thông số kỹ thuật bảng 2.3 18 Bảng 3.3 Thông số Silica-Fume Gốc Silica fume pozzolanic Khối lượng thể tích 2.15 kg/lít Khối lượng riêng 0.5-0.7 kg/lít Hàm lượng clorua Khơng có Hàm lượng silica fume SiO2 92% Hình 3.3 Silica-Fume 19 3.6 Quy trình thí nghiệm 3.6.1 Gia cơng đặt khung thép vào cốp pha Hình 3.4 Gia cơng cốp pha trước đổ dầm BTCT 20 3.6.2 Đổ bê tơng Hình 3.5 Đổ bê tơng dầm BTCT 3.6.3 Bảo dưỡng dầm BTCT Hình 3.6 Bảo dưỡng dầm BTCT 21 3.6.4 Quy trình cho dầm ăn mịn Bước 1: Thiết kế xử lý bể dầm Hình 3.7 Xử lý chống thấm bể Bước 2: Đổ muối vào bể nước Hình 3.8 Đổ muối vào bể 22 Bước 3: Đưa dầm vào bể xử lý Hình 3.9 Đưa dầm vào bể Bước 4: Nối dây điện vào dầm đặt đồng xuống dầm Hình 3.10 Nối dây điện vào thép 23 Bước 5: Điện phân dầm khoảng thời gian tính tốn tháng, tháng tháng Trong trình ngâm dầm thường xuyên theo dõi mực nước, điều chỉnh cường độ dòng điện nguồn theo khoảng thời gian bổ sung nước nồng độ Nacl cho phù hợp, đồng thời theo dõi q trình ăn mịn dầm thường xuyên 24 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Tiến hành so sánh dầm bê tông tái chế dầm bình thường Tại phịng thí nghiệm cơng trình – Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM nhóm nghiên cứu chế tạo mẫu dầm BTCT có kích thước  0.2  0.3  1.8  m Những dầm thiết kế, vùng kéo bố trí 2Ø16 , vùng bê tơng chịu nén đặt 2Ø12 khoảng cách cốt đai Ø6@150 , dầm sau đúc bảo dưỡng chia làm cặp dầm đem thí nghiệm điện phân dung dịch cho dầm bị ăn mòn theo cấp tải khác Các dầm ngâm bể tiến hành điện phân dung dịch dầm BTCT bị ăn mịn tính tốn Để trì hàm lượng muối ăn bể, tuần cán kỹ thuật phịng thí nghiệm thường xun kiểm tra đo nồng độ nước lần kiểm tra nguồn DC có hoạt động ổn định hay khơng Khi độ thay đổi 10% tiên hành bổ sung lượng Nacl để đảm bảo đủ nồng độ 3% Hình 4.1 Dầm ngâm bể bị ăn mịn Dầm ngâm hồn tồn dung dịch Quan sát mắt thường sau tuần thép bắt đầu có màu đỏ gỉ sắt xuất vị trí gần phần tiếp giáp mực nước, sau tháng thép nối với nguồn xuất vảy cứng có kích thước 0.5mm đến 1mm Phần vảy cứng thép bị ăn mòn vào sâu nên lớp gỉ dày tạo thành vảy cứng Sau tháng bề mặt cốt thép phần tiếp 25 giáp mặt nước tượng gỉ phát triển mạnh, phần dầm BTCT ngập nước có lớp màng mỏng màu nâu đỏ bám kín bề mặt ăn mịn ion clo Hình 4.2 Dầm bê tơng bình thường bị ăn mịn Cịn dầm bình thường sau tháng cho ăn mịn xuất vết ố vàng không bị hư hỏng nhiều giống bê tông tái chế 26 CHƯƠNG KẾT LUẬN Ăn mòn cốt thép tượng phổ biến kết cấu BTCT, q trình thủy hóa bê tơng đồng thời làm giảm độ pH có bê tơng, điều làm cho cốt thép bị tính rỉ thụ động Với xâm nhập tác nhân có hại ion Cl sau thời gian chúng tác động trực tiếp vào đến cốt thép gây ăn mịn Muốn tăng tuổi thọ cơng trình ngồi việc tăng bề dày lớp bê tơng bảo vệ việc tăng độ đặc bê tông nhân tố có vai trị quan trọng việc giảm tốc độ thấm CO2 ,Cl …vào bê tông Nhưng điều bất lợi bê tông cường độ chịu kéo nhỏ so với cường độ chịu nén, nên chúng dễ nứt vùng kéo chịu lực Tại Việt Nam kỹ sư thiết kế tính tốn cấu kiện bê tơng cốt thép theo trạng thái giới hạn thứ tức khả đảm bảo khả chịu lực kiểm tra hình thành mở rộng vết nứt quan tâm, vết nứt bê tơng vùng kéo xuất từ cấp tải trọng nhỏ so với khả chịu lực nó, vết nứt vô nhạy cảm với kết cấu thiết kế chống ăn mòn, vết nứt vùng kéo tạo điều kiện dễ dàng cho việc tiếp cận ion Cl cốt thép Về gốc độ ăn mịn vết nứt bê tơng vùng kéo làm giảm tuổi thọ kết cấu từ năm đến 15 năm so với kết cấu khơng có vết nứt Khi cốt thép bị ăn mịn làm ảnh hưởng đến ứng xử học kết cấu dầm: Giảm khả chịu lực diện tích cốt thép bị suy giảm so với diện tích cốt thép ban đầu; Giảm độ cứng cấu kiện giảm diện tích cốt thép lực dính bê tơng cốt thép; Giảm độ võng kết cấu bị phá hoại Các vết nứt bê tông vùng kéo xuất từ cấp tải trọng nhỏ so với khả chịu lực dầm, dầm bị phá hoại vị trí mà diện tích cốt thép bị suy giảm nhiều nhất, cho thấy ăn mòn cốt thép ảnh hưởng lớn đến khả chịu uốn dầm 27 Kết nghiên cứu đề tài số liệu quan trọng giúp cho việc nghiên cứu đánh giá làm việc kết cấu bê tông cốt thép bị ăn mịn q trình khai thác sử dụng kết cấu bê tông cốt thép, nên đề tài có tính thực tế cao 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bibhuti Bhusan Mukharjee and Sudhirkumar V Barai (2015), Development of construction materials using nano-silica and aggregates recycled from construction and demolition waste, Waste management & research, pp 1-9 [2] M Rezania, M Panahadeh, S.M.J Razavi, F Berto (2019), Experimental study of the simultaneous effect of nano- silica and nano- carbon black on permeability and mechanical properties of the concrete, Theoretical and applied fracture mechanics104 (2019) [3] Ankit Agarwal, Shreya Bhusnur, T.Shanmuga Priya (2020), Experimental investigation on recycled aggregate with laboratory concrete waste and nano- silica, Materials today : Proceedings- 22(2020), pp 1433-1442 [4] M.S.I Choudhury, A.F.M.S Amin, M.M Islam, A Hasnat ( 2016), Effect of confining pressure distribution on the dilation behavior in FRP- confined plain concrete columns using stone, brick and recycled aggregates, Construction and bulding materials-102(2016), pp.541-551 [5] D Vivek, K.S Elango, R Saravanakumar, B Mohamed Rafek, P Ragavendra, S Kaviarasan, E Raguram, Effect of nano-silica in high performance concrete, Materials today : Proceedings [6] Bibhuti Bhusan Mukharjee, Sudhirkumar V Barai (2014), Influence of nanosilica on the properties of recycled aggregate concrete, Construction and bulding materials-55(2014), pp.29-37 [7] A.O Adetukasi, O.G Fadugba, I.H Adebakin, O Omokungbe (2020), Strength characteristics of fibre- reinforced concrete containing nano-silica, Materials today : Proceedings [8] Tống Tôn Kiên, CS (2014), "Nghiên cứu chế tạo vữa xỉ kiềm sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng", Tạp chí Xây dựng, Bộ Xây dựng, (6), tr 69-72 [9] Tống Tôn Kiên, Lê Trung Thành (2017), Ứng xử học bê tông cốt liệu tái chế sử dụng xi măng chất kết dính xỉ kiềm, Tạp chí khoa học công nghệ Xây dựng, số 5/09-2017, tr 30-36 [10] Nguyễn Trung Hiếu, Lý Trần Cường (2018), Nghiên cứu thực nghiệm hiệu gia cường dầm bê tông cốt thép chịu xoắn vật liệu sợi – bon CFRP, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam 3/2018, tr 29-35 29 [11] TCVN 3118:1993 Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ nén bê tông [12] TCVN 1651-2:2018 Thép cốt bê tông – Phần 2: Thép vằn 30 S K L 0