Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng chịu nén đúng tâm của cột bê tông cốt thép có sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ

Tác giả Trang 4 Sinh ngày: 16/02/1986 Quê quán: Thái Bình Nơi công tác: Trƣờng Đại học Lạc Hồng Tác giả xin cam đoan công trình nghi n cứu với đề t i: “Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá

VŨ NGỌC THÀNH

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP

CÓ SỬ DỤNG CỐT LIỆU TỪ BÊ TÔNG CŨ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Đồng Nai - 2023

Đức Hiển Thầy đã hướng dẫn, giúp tôi định hướng đề t i nghi n cứu v tạo cho tôi niềm tin bản th n để tôi tiếp tục tr n con đường nghi n cứu của mình

Tôi xin ch n th nh cảm ơn Khoa Sau Đại Học của Trường đại học Lạc Hồng đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập, nghi n cứu v thực hiện luận văn

Tôi xin ch n th nh cảm ơn phòng thí nghiệm Khoa K Thuật Công Trình, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong việc cho ra những số liệu thực tế để thực hiện đề t i

Tác giả xin ch n th nh cám ơn to n bộ Quý Thầy/Cô trong Khoa đã hỗ trợ rất nhiều kiến thức, t i liệu quý giá giúp tác giả ho n thiện luận văn đúng tiến độ v đúng y u cầu của đề t i

Cuối cùng tác giả xin gửi lời chúc sức khỏe đến to n bộ quý thầy cô Trường Đại học Lạc Hồng , bạn bè, đồng nghiệp v những người đã hết lòng giúp đỡ tác giả

ho n th nh luận văn n y

Vũ Ngọc Thành

Sinh ngày: 16/02/1986

Quê quán: Thái Bình

Nơi công tác: Trường Đại học Lạc Hồng

Tác giả xin cam đoan công trình nghi n cứu với đề t i: “Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng chịu nén đúng tâm của cột bê tông cốt thép có sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ” đ y l công trình nghi n cứu của riêng tác giả Các số

liệu, kết quả được nêu trong trong luận văn l trung thực v chưa được công bố một nơi n o khác Các thông tin được trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Kết quả tính toán dựa trên các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành Nếu không đúng như những điều nêu ở trên, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình

Đồng Nai, ngày tháng năm 2023

Tác giả

Vũ Ngọc Thành

mới để đáp ứng và phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế Từ đó dẫn tới phải phá dỡ các công trình cũ không đáp ứng về công năng sử dụng cũng như đã không đảm bảo

về an to n để xây dựng những công trình mới khang trang đáp ứng được nhu cầu của nền kinh tế Việc phá dỡ các công trình cũ sẽ tạo ra một lượng lớn phế thải từ xây dựng như gạch, bê tông vỡ, sắt… các phế thải n y có điểm đến cuối cùng là các bãi san lấp

Từ các phế thải xây dựng được phá dỡ từ công trình, tác giả thấy việc chôn lấp các phế thải xây dựng này là lãng phí cần phải xem xét tái chế để tận dụng lại trong chính các kết cấu công trình xây mới

Trong các loại phế thải xây dựng được phá dỡ từ công trình cũ, tác giả định

hướng “Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng chịu nén đúng tâm của cột

bê tông cốt thép có sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ” làm cốt liệu thay thế cho cốt

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN BÊ TÔNG 3

1.1 Giới thiệu về b tông cũ trong v ngo i nước 3

1.1.1 Tổng quan 3

1.1.2 Tổng quan về b tông cốt thép 10

1.2 Bê tông 11

1.2.1 Vật liệu chế tạo b tông 11

1.2.2 Ưu v nhược điểm của b tông 15

1.2.3 Các loại b tông 16

1.2.4 Cường độ của b tông 16

1.3 Cốt thép 18

1.3.1 Khái niệm 18

1.3.2 Biểu đồ ứng suất – biến dạng 19

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21

2.1 Các phương pháp xác định cường độ chịu nén của b tông 21

2.1.1 Phương pháp xác định cường độ b tông tr n mẫu đúc 21

2.1.2 Phương pháp xác định cường độ bê tông trên hiện trường 25

2.2 Các chỉ ti u thí nghiệm cơ bản của b tông 28

2.2.1 Độ sụt 28

2.2.2 Cường độ 29

2.3 Mô hình của Mander 29

2.4 Ứng dụng cột tiết diện chữ nhật đặt cốt đai 31

2.5 Cường độ cực đại trong b tông hạn chế nở hông 34

3.1 Giới thiệu 45

3.1.1 Kích thước khuôn mẫu v số lượng mẫu thí nghiệmcấp phối b tông 45

3.1.2 Mô tả quá trình thí nghiệm 50

3.1.3 Chuẩn bị các mẫu thí nghiệm 50

3.1.4 Thiết bị v dụng cụ dùng để thu nhận dữ liệu 55

3.1.5 Quy trình thí nghiệm 56

3.2 Kết quả thí nghiệm 58

3.2.1 Hình ảnh thí nghiệm mẫu sau khi phá hoại 58

3.2.2 Kết quả thí nghiệm 67

3.3 Biểu đồ thực nghiệm giữa lực v biến dạng của cốt liệu cũ 0%,25%,35% 68 3.4 Biểu đồ so sánh v nhận xét kết quả thí nghiệm 74

3.5 Nhận xét kết quả: 76

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 79

1 KẾT LUẬN 79

2 KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bảng 3 2 Th nh phần cấp phối cho 1m3 b tông đá 1x2 M300 47

Bảng 3 3 Th nh phần cấp phối cho 0.1m3 b tông có sử dụng 0%,25%,35% cốt liệu cũ 47

Bảng 3 4 Số lượng mẫu cột vuông sử dụng 35% cốt liệu cũ - bê tông M300 48

Bảng 3 5 Kết quả thí nghiệm cột có giá trị trung bình 67

Bảng 3.6 Bảng so sánh biến dạng cốt thép dọc có khoảng cách đai a=50,a=70,a=90mm 77

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1 1 Quy trình tái chế b tông cũ thay thế đá 1x2 3

Hình 1 2 Vật liệu xi măng 12

Hình 1 3 Cát sử dụng trong x y dựng 13

Hình 1 4 Đá dùng trong x y dựng 14

Hình 1 5 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén 17

Hình 1 6 Biến dạng dẻo của cốt thép 20

Hình 2 1 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén ……….………… 21

Hình 2 2 Sự phá hoại của mẫu thử khối vuông 23

Hình 2 3 Biểu đồ thể hiện biến dạng đ n hồi – dẻo của b tông 23

Hình 2 4 Đồ thị ứng suất – biến dạng của b tông 24

Hình 2 5 Cách đo độ sụt của hỗn hợp bê tông 28

Hình 2 6 Mô hình ứng suất biến dạng của bê tông theo Mander 30

Hình 2 7 Lõi b tông được kiềm chế hiệu quả cho cốt đai hình chữ nhật 31

Hình 2 8 Lõi b tông được kiềm chế hiệu quả cho cốt đai hình tròn 31

Hình 2 9 Cột tương đương 32

Hình 2 10 Các đường cong US-BD cho b tông chịu tải trọng nén một trục 36

Hình 2 11 Hệ số giãn nở cho b tông chịu tải trọng nén một trục 38

Hình 2 12 Ảnh hưởng của các tải trọng duy trì tới trạng thái l m việc 40

Hình 2 13 Các đường cong US-BD điển hình của b tông chịu nén 41

Hình 3 2 Biểu đồ th nh phần hạt của đá b tông cũ 46

Hình 3 3 Chuẩn bị cốt liệu cũ 47

Hình 3 4 Chi tiết cốt đai tăng cường trong các mẫu thí nghiệm 49

Hình 3 5 Vị trí dán Strain Gages cốt thép v b tông 51

Hình 3 6 Cốt thép được dán SG ở 3 loại đai a= 50; 70; 90 51

Hình 3 7 Công tác gia công khuôn mẫu 52

Hình 3 8 Mẫu cột đã được đổ b tông v đánh dấu mẫu 52

Hình 3 9 Mẫu cột đã được tháo khuôn v bảo dưỡng 53

Hình 3 10 Mẫu cột được phủ bao bố v dưỡng hộ 28 ng y 53

Hình 3 11 M i mặt phẳng mẫu thí nghiệm 54

Hình 3 12 Mẫu cột đã được dán Strain gages b tông 55

Hình 3 13 Bộ thu tín hiệu v máy nén 2000kN 56

Hình 3 14 Mẫu được đưa v o máy nén v kiểm tra kết nối với phần mềm 57

Hình 3 15 Mẫu thí nghiệm bị phá hủy sau thí nghiệm 66

Hình 3 16 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của cốt đai a50 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 68

Hình 3 17 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của cốt dọc- đai a50 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 68

Hình 3 18 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của bê tông ngang- đai a50 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 69

Hình 3 19 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của b tông dọc - đai a50 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 69

Hình 3 20 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của cốt đai - đai a70 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 70

Hình 3 21 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của cốt dọc - đai a70 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 70

0%,25%,35% 71

Hình 3 24 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của cốt đai - đai a90 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 72

Hình 3 25 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của cốt dọc - đai a90 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 72

Hình 3 26 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của bê tông ngang - đai a90 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 73

Hình 3 27 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng của b tông dọc - đai a90 có cốt liệu cũ 0%,25%,35% 73

Hình 3 28 Biểu đồ so sánh khả năng chịu lực của cột có cốt liệu cũ 74

Hình 3 29 Biểu đồ so sánh biến dạng của cốt đai có cốt liệu cũ 74

Hình 3 30 Biểu đồ so sánh biến dạng của cốt thép dọc có cốt liệu cũ 75

Hình 3 31 Biểu đồ so sánh biến dạng của b tông ngang có cốt liệu cũ 75

Hình 3 32 Biểu đồ so sánh biến dạng của b tông dọc có cốt liệu cũ 76

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trước đ y, vòng đời của b tông cũ từ các công trình bị phá hủy sẽ kết thúc

ở các bãi chôn lấp, chiếm rất nhiều không gian như những loại vật liệu không ph n hủy sinh học Tuy nhi n, trong những năm gần đ y, các chuy n gia đã nghi n cứu

r ng việc sử dụng b tông thực sự có lợi ích cho tất cả mọi người v môi trường

Sử dụng cốt liệu b tông cũ mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế v môi trường Chủ cơ sở tái chế v các nh thầu có thể tiết kiệm được một khoản chi phí lớn khi sử dụng b tông cũ, do đó các nh x y dựng có thể d nh nhiều chi phí hơn cho vật liệu trang trí bề mặt

Sử dụng vật liệu từ b tông cũ th n thiện với môi trường sinh thái, đ y l lợi thế quan trọng nhất của vật liệu xanh n y Quá trình khai thác đá, sau đó nghiền nhỏ đòi hỏi phải sử dụng các nguồn t i nguy n thi n nhi n v chế biến cơ khí Việc sử dụng lại b tông cũ sẽ tạo ra vòng đời mới cho cốt liệu đòi hỏi chế biến rất ít n n nguy n liệu tự nhi n không bị ảnh hưởng Th m v o đó việc xử lý b tông cũ chiếm ít không gian hơn việc để b tông ph n hủy ở bãi chôn lấp B tông cũ có tính linh hoạt cao, có thể được sử dụng với nhiều chức năng khác nhau phù hợp với các ứng dụng trong x y dựng như các dự án cảnh quan hay cải tạo nh ở

Với các lý do tr n việc khảo sát thí nghiệm sử dụng b tông cũ thay thế thế cốt liệu tự nhi n v o cấu kiện chịu lực l một điều cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu đề tài

Thông qua nghi n cứu sẽ cho thấy được ứng xử cơ học của mẫu vật liệu b tông cốt thép có chứa cốt liệu từ b tông cũ Các đặc trưng cơ học như cường độ chịu nén, biến dạng của b tông v cốt thép của vật liệu nghi n cứu để so sánh với

ứng xử cơ học của mẫu có bê tông M300 cốt liệu tự nhi n

Từ kết quả thí nghiệm rút ra được những nhận xét, đánh giá khả năng l m việc của b tông cũ trong cấu kiện chịu nén đúng t m

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng thí nghiệm : cột ngắn tiết diện chữ nhật ( kích thước 150x300mm), bê tông M300,

- Cốt liệu b tông cũ thay thế cốt liệu đá 25%

- Cốt liệu b tông cũ thay thế cốt liệu đá 35%

4 Phương pháp nghiên cứu

- Thực nghiệm tạo mẫu

- Sử dụng máy nén 2000kN v phần mềm thí nghiệm để thu thập số liệu

5 Dự kiến kết quả đạt được

Dựa tr n ph n tích kết quả thử nghiệm, có thể rút ra kết luận về khả năng chịu nén đúng t m của các mẫu cột b tông cốt thép sử dụng cốt liệu cũ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN BÊ TÔNG

1.1.1 Tổng quan

Trước đ y, vòng đời của b tông cũ từ các công trình bị phá hủy sẽ kết thúc ở các bãi chôn lấp, chiếm rất nhiều không gian như những loại vật liệu không ph n hủy sinh học Tuy nhi n, trong những năm gần đ y, các chuy n gia đã nghi n cứu

r ng việc sử dụng b tông thực sự có lợi ích cho tất cả mọi người v môi trường Cốt liệu b tông cũ (RCA) l vật liệu có giá trị sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau đã được nhiều quốc gia phát triển tr n thế giới như M , Singapore, Pháp, Đức

áp dụng một cách hiệu quả

Hình 1 1 Qu tr nh tái chế bê tông cũ tha thế đá 1 2

Cốt liệu từ b tông cũ được sử dụng theo quy trình khác với b tông mới bởi

b tông tái chế được s ng lọc cẩn thận để loại bỏ các mảnh kim loại, sắt thép hay các mảnh vật liệu vỡ khác có thể ảnh hưởng đến tính to n v n của vật liệu B tông

cũ sau đó được nghiền nhỏ với kích thước tùy thuộc v o nhu cầu cụ thể của từng dự

án Quá trình s ng lọc được tiến h nh đặc biệt đối với các nh tái chế đá v các nh cung cấp vật liệu cho nh thầu x y dựng đường xá v bãi đậu xe

Sử dụng cốt liệu b tông cũ mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế v môi trường Chủ cơ sở tái chế v các nh thầu có thể tiết kiệm được một khoản chi phí lớn khi sử dụng b tông cũ, do đó các nh x y dựng có thể d nh nhiều chi phí hơn cho vật liệu trang trí bề mặt

Sử dụng vật liệu từ b tông cũ th n thiện với môi trường sinh thái, đ y l lợi thế quan trọng nhất của vật liệu xanh n y Quá trình khai thác đá, sau đó nghiền nhỏ đòi hỏi phải sử dụng các nguồn t i nguy n thi n nhi n v chế biến cơ khí Việc sử dụng lại b tông cũ sẽ tạo ra vòng đời mới cho cốt liệu đòi hỏi chế biến rất ít n n nguy n liệu tự nhi n không bị ảnh hưởng Th m v o đó việc xử lý b tông cũ chiếm

ít không gian hơn việc để b tông ph n hủy ở bãi chôn lấp B tông cũ có tính linh hoạt cao, có thể được sử dụng với nhiều chức năng khác nhau phù hợp với các ứng dụng trong x y dựng như các dự án cảnh quan hay cải tạo nh ở

Các nh nghi n cứu thuộc Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Li n bang Hoa

Kỳ đã chứng minh r ng mặc dù được tái chế từ phế liệu b tông, đáng tin cậy về mặt cấu trúc v an to n để sử dụng l m vật liệu tổng hợp tự nhi n

Với những lợi ích rõ r ng của mình, B tông cũ có thể được tận dụng tốt nhất để

x y dựng lối v o, h nh lang hoặc s n trong cho các khu d n cư; các bãi đậu xe thương mại v đường giao thông nông thôn B tông cũ đáp ứng các y u cầu k thuật để sử dụng l m vật liệu x y dựng cho các tòa nh mới Cốt liệu b tông cũ cũng l lựa chọn tuyệt vời để l m đường ống thoát nước v cải tạo các tiện ích khác

Các quốc gia phát triển như M , Singapore, Pháp, Đức, Bỉ v Luxembourg

đã có những chính sách v biện pháp để xử lý b tông phế liệu, đồng thời sử dụng cốt liệu b tông tái chế trong x y dựng

Tình hình b tông cũ ở một số nước

i ỹ

B tông dùng cho x y dựng v b tông phế liệu chiếm xấp xỉ 135 triệu tấn mỗi năm, tương đương với 1,36kg/người/ng y Phế liệu x y dựng có thể tái chế đều được xử lý khi kết thúc vòng đời để bắt đầu một “cuộc sống” mới hữu ích hơn như sử dụng để x y dựng vỉa hè hoặc các công trình khác, giúp giảm lượng chất

thải ra môi trường v giảm nhu cầu cho nguy n liệu mới cho x y dựng

Cơ quan Vận tải Li n bang Hoa Kỳ trong nhiều năm qua đã đẩy mạnh việc sử dụng thường xuy n b tông tái chế như một dạng cốt liệu Các thông số k thuật, thực tiễn x y dựng v các thách thức trong việc thực hiện cũng được cơ quan n y ghi lại v nghi n cứu Thông tin n y sau đó được phổ biến cho tất cả các cơ quan vận tải các bang thông qua các hướng dẫn k thuật, đ o tạo nếu cần

Cơ quan Vận tải Li n bang Hoa Kỳ đã lựa chọn các tiểu bang Minnesota, Utah, Virginia, Texas v Michigan để nghi n cứu k lưỡng quy trình tổng hợp cốt liệu b tông tái chế tại các khu vực n y Sau khảo sát, Cơ quan Vận tải Li n bang Hoa Kỳ đã đưa ra 5 số liệu để mô tả mức độ sử dụng cốt liệu b tông tái chế ở từng bang Kết luận được Cơ quan Vận tải Li n bang Hoa Kỳ rút ra từ những con số này cho thấy: B tông thường được tái chế để sử dụng l m đường cao tốc ở Hoa Kỳ; Ứng dụng chính của b tông cũ ở Hoa Kỳ được coi như một vật liệu cơ bản; Việc sử dụng b tông cũ trong nhựa đường nóng không được chấp nhận rộng rãi ở Hoa Kỳ

i ingapore

Tại Singapore, cốt liệu b tông tái chế đã được sử dụng để x y dựng v cải tạo nhiều công trình, trong đó có việc x y dựng cảng xuất nhập khẩu tại S n bay quốc tế Changi Tập đo n s n bay Changi đã khởi xướng dự án sử dụng b tông tái chế từ việc phá dỡ các công trình quanh s n bay để tái tạo mặt s n cứng cho máy bay Dự án đã thể hiện tính khả thi của việc sử dụng b tông cũ như một giải pháp thay thế cho cốt liệu tự nhi n trong b tông để x y dựng Để khắc phục mặt s n cứng đã bị hỏng hóc, máy cắt thủy lực v b tông phế liệu đã được vận chuyển đến

cơ sở tái chế gần đó để chế biến Phế liệu n y chủ yếu l b tông nghiền, kim loại

m u Việc chế biến được thực hiện b ng cách sử dụng máy nghiền di động kết hợp với hệ thống băng tải Các quy trình chính bao gồm nghiền, s ng lọc b tông cũ theo kích cỡ y u cầu cho ứng dụng b tông

i u embourg

Hiện trạng quản lý chất thải ở Luxembourg đứng vị trí thứ 2 trong số 28 nước

ch u Âu Thứ hạng cao của quốc gia n y cho thấy tỷ lệ chất thải x y dựng bao

gồm cả đất đá được tái sử dụng lớn

Theo Khung Hướng dẫn về Xử lý Chất thải của ch u Âu, các quốc gia th nh

vi n phải thực hiện các biện pháp cần thiết để đạt được mục ti u thu hồi, tái sử dụng v tái chế tối thiểu 70% (tính theo trọng lượng) lượng phế liệu x y dựng v o năm 2020 Tại Luxembourg, nguồn gốc chủ yếu của phế liệu x y dựng đến từ các tòa nh bao gồm gạch, ngói, gốm sứ, đất, thạch cao, vật liệu cách điện, gỗ v kim loại B tông tái chế của Luxembourg có chất lượng trung bình

Cốt liệu b tông tái chế của Luxembourg sẽ được cấp chứng nhận từ Laboratoire d Essais des Matériaux des Ponts et Chausseés du Luxembourg B tông cũ chủ yếu được sử dụng trong x y dựng đường xá, lớp phụ gia trong x y dựng nền móng nhưng không được sử dụng trong sản xuất b tông mới Tuy nhiên, việc sử dụng RCA vẫn chưa đạt được mục ti u mang tính tiềm năng của Luxembourg

i ỉ

Bối cảnh địa chất của Bỉ ảnh hưởng đến sự phát triển của việc sử dụng cốt liệu b tông tái chế Bỉ được chia th nh 2 khu vực quản lý chính v cũng đại diện cho 2 vùng địa lý khác nhau bao gồm khu vực nói tiếng H Lan, Flanders ở phía Bắc v khu vực nói tiếng Pháp, Wallonia ở phía Nam

Khu vực Flanders khuyến khích việc nghi n cứu v sử dụng cốt liệu b tông tái chế cho nhiều ứng dụng khác nhau Trong khi đó, ở vùng Wallonia có một số

mỏ sa thạch, các chủ sở hữu mỏ đá đã ngăn chặn việc nghi n cứu sử dụng b tông

cũ để duy trì các ưu thế v quyền hạn của họ tr n thị trường Vì vậy, ở khu vực phía Nam nước Bỉ, sự phát triển của cốt liệu tái chế đã bị hạn chế

i háp

Theo các chuy n gia Pháp, quốc gia n y có một số đơn đặt h ng nhỏ cho các nước khác trong việc phát triển các quy trình v y u cầu chi tiết cho việc sử dụng cốt liệu b tông tái chế Do đó, Chính phủ Pháp đã đưa ra một dự án phạm vi quốc gia về việc nghi n cứu v phát triển b tông cũ được gọi l RECYBETON Mục

đích của dự án n y l thay đổi xu hướng b ng cách sử dụng lại tất cả các vật liệu từ phế liệu b tông như các th nh phần b tông mới, keo thủy lực

i ức

Theo các chuy n gia Đức, việc sử dụng b tông cũ mang tính khả thi Tuy nhi n, vẫn còn một số hạn chế như quy trình sản xuất b tông cũ không được thực hiện một cách hiệu quả Có những dự án x y dựng chỉ sử dụng vật liệu tái chế n y ở quy mô rất nhỏ so với số lượng dự án tr n tổng thể v động lực thường xuất phát từ nhận thức về môi trường của một nhóm nhỏ B n cạnh đó, các ti u chuẩn của Đức cũng hạn chế những ứng dụng sử dụng cốt liệu b tông tái chế

Công tr nh có sử dụng bê tông cũ trên thế giới

Cầu Circunvalación in Quito, Ecuador: Đ y là cầu dài 11,7km ở thành phố Quito, Ecuador Cầu n y được xây dựng từ bê tông cốt liệu cũ của các công trình xây dựng cũ

Tháp bơm nước Blanes in Catalonia, T y Ban Nha: Đ y l một tháp bơm nước được xây dựng từ bê tông cốt liệu cũ của một nh máy điện cũ

Trường đại học Yale in Connecticut, Hoa Kỳ: Trường đại học Yale đã sử dụng

bê tông cốt liệu cũ để xây dựng tòa nhà mới có tên là "Greenberg Conference Center"

Dự án tái chế tuyến đường sắt HafenCity in Hamburg, Đức: Đ y l một dự án tái chế tuyến đường sắt cũ th nh khu vực mới ở Hamburg, Đức Bê tông cốt liệu cũ

đã được sử dụng để xây dựng các công trình tại khu vực này

Công tr nh có sử dụng bê tông cũ ở Việt Nam

Nh máy xi măng H Ti n in Kiên Giang: Nh máy n y đã sử dụng b tông cốt liệu cũ để x y dựng một số công trình tại nh máy, bao gồm các tòa nh v cầu thang

Tòa nh The Grand Manhattan in H Nội: Tòa nh cao tầng n y đã sử dụng

b tông cốt liệu cũ để x y dựng một số phần của công trình

Cầu Rồng, Đ Nẵng: Cầu Rồng l một công trình đặc biệt ở Đ Nẵng,.cầu

n y đã sử dụng b tông cốt liệu cũ để x y dựng phần bản cầu

Tổng quan về vật liệu bê tông cốt thép

Kết cấu b tông được hình th nh v sử dụng rất l u về trước Theo Ngô Thế Phong (2001) dạng đầu ti n của kết cấu b tông l vữa b ng vôi được phát hiện sử dụng đầu ti n trong nền văn minh Minoan ở Crete khoảng hơn 2000 trước công nguy n Cho đến nay loại vật liệu n y vẫn còn được sử dụng một số nơi Ở Việt Nam giai đoạn trước giải phóng loại vật liệu n y cũng được sử dụng khá phổ biến Nhưng loại vật liệu n y lại có yếu điểm l dễ tan ra khi bị ng m nước n n không thể

sử dụng với các công trình không có mái che Cho đến khoảng thế kỷ thứ ba trước công nguy n, người La Mã đã hát minh ra loại hỗn hợ l m từ tro núi lửa có chứa cát mịn, khi được trộn với vôi cho ra một loại vữa bền chắc v cứng hơn nhiều so với vữa b ng vôi trước đó v có thể sử dụng tốt cả dưới nước Có thể xem loại vữa n y

l loại b tông sơ khai trong ng nh x y dựng

Quá trình phát triển của b tông diễn ra mãi các thời gian sau cho đến khoảng năm 1800 sau công nguy n, k sư người Anh John Smeaton trong quá trình thiết kế công trình hải đăng Eddystone cách bờ biển phía Nam của nước Anh đã phát hiện hỗn hợp vật liệu từ đá vôi nung nóng v đất sét sẽ có thể sử dụng l hỗn hợp vật liệu

sẽ hóa cứng dưới nước v chịu được nước

Năm 1824 Joseh Asdin đã trộn đá vôi v đất sét từ các mỏ khác nhau v nung hỗn hợp n y trong một lò để l m xi măng Loại xi măng n y được lấy t n l xi măng portland vì b tông l m từ loại xi măng n y khi rắn kết tạo th nh khối b tông như

đá portland, l t n loại đá cao cấp được khai thác từ đảo portland ở phí nam nước Anh Trong khoảng Thời gian n y, nếu hỗn hợp đá vôi v đất sét bị nung ở nhiệt độ quá cao thì sản phẩm xi măng sẽ bị hỏng v xem như không dùng được nữa Cho đến năm 1845 I.C Jonhson đã tìm thấy loại xi măng tốt nhất b ng việc nghiền nhở các sản phẩm xi măng cứng vì được nung ở nhiệt n y Đ y l vật liệu m ng y nay được biết đến l xi măng Portland

Ở Pháp, Năm 1949 Lambot đã chế tạo một con thuyền b ng b tông được gia cường b ng hệ thống d y thép v được trao b ng sáng chế năm 1955 B ng sáng

chế của ông bao gồm các bản vẽ dầm b tông cốt thép v một cột được gia cố b ng

4 thanh sắt xung quanh

Những năm 50 của thể kỷ 19 K sư người M Thaddeus Hyatt đã thí nghiệm các dầm b tông cốt thép Các dầm thí nghiệm có các thanh cốt thép dọc ở vùng kéo

v cốt thép đai thẳng để chịu lực cắt Năm 1877 ông xuất bản ri ng một cuốn sách

mô tả thí nghiệm công trình nghi n cứu của ông thì công trình nghi n cứu của ông mới được biến đến

Joseph Monier, một nh l m vườn người Pháp được biết đến như nh phát minh chính của kết cấu b tông cốt thép Theo Mörsch (1909, tr 204-210) thì Joseph Monier đã được cấp b ng sáng chế cho việc sử dụng lưới thép l m từ vỏ đạn cối để gia cố cho các chậu c y b ng b tông v o năm 1867 Trong những năm sau đó ông còn sáng chế về các thùng b tông được gia cố cốt thép, các tấm phẳng b tông cốt thép, các cầu b tông cốt thép v cầu thang b tông cốt thép Năm 1877, Monier nhận th m một b ng sáng chế cho việc sử dụng lưới thép để gia cố cho cột v dầm cầu b tông Mặc dù Monier chắn chắn r ng kết hợp b tông v cốt thép sẽ tăng cường độ cho kết cấu, nhưng rất ít người có thể khẳng định liệu Monier có thực sự hiểu về khả năng gia tăng cường độ chịu kéo của cốt thép trong kết cấu b tông hay không

Các sáng chế về kết cấu b tông cốt thép của Monier được giáo sư Moerch

v Bach của trường đại học Stuttgart kiểm định độ bền của b tông cốt thép Koenen l trưởng thanh tra x y dựng v được ủy quyền phát triển phương pháp tính toán độ bền b tông cốt thép Theo Ngô Đăng Quang (2010) v o năm 1886 Koenen công bố các bản thảo đầu ti n về lý thuyết v ti u chuẩn thiết kế cho kết cấu b tông cốt thép Lý thuyết đã trình b y sự ph n tích m giả định r ng trục trung hòa n m ở giữa chiều cao của tiết diện cấu kiện v đề xuất đưa cốt thép v o vùng chịu kéo của tiết diện b tông để tăng khả năng chịu kéo của kết cấu

Từ năm 1890 đến năm 1920, các k sư thực h nh dần dần đã nắm được kiến thức về cơ học của b tông cốt thép Sự ra đời v nghi n cứu rộng rãi đã được thể

hiện tr n các khía cạnh l m việc của b tông cốt thép khác nhau dẫn đến sự ra đời của các ti u chuẩn thiết kế v thi công khác nhau ở mỗi quốc gia khác nhau

Ở Việt Nam, vật liệu b tông cốt thép được du nhập trong thời kỳ pháp thuộc

để x y dựng các công trình d n dụng, cầu đường cũng như công nghiệp Hiện nay

b tông cốt thép l loại vật liệu được sử dụng chủ yếu nước ta cũng như tr n thế giới Vì đặc điểm về môi trường khí hậu, vật liệu khía cạnh nghi n cứu mỗi nước mỗi khác n n cần có nhiều nghi n cứu hơn về sự l m việc của b tông để đưa ra ti u chuẩn thiết kế kết cấu b tông cốt thép hợp lý cho từng quốc gia

B tông cốt thép l một loại vật liệu x y dựng phức hợp do b tông v cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau B tông l loại vật liệu đá nh n tạo v được tạo ra

b ng cách đổ khuôn v l m rắn chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (Cát, sỏi hay đá dăm) v phụ gia Th nh phần hỗn hợp b tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm v.v Hỗn hợp mới nh o trộn gọi l hỗn hợp b tông Hỗn hợp b tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá gọi l b tông Trong

b tông, cốt liệu đóng vai trò l bộ khung chịu lực Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng l chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống v li n kết giữa các hạt cốt liệu Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu

th nh một khối tương đối đồng nhất v được gọi l b tông B tông có bố trí cốt thép để tăng khả năng chịu kéo gọi l b tông cốt thép

Tính năng cơ lý của b tông phụ thuộc v o nhiều yếu tố : chất lượng b tông, đặc trưng của vật liệu, tỷ lệ nước – xi măng v.v…

Tính cơ học : Cường độ, biến dạng

Tính vật lý : Co ngót, từ biến, khả năng chống thấm, chống mòn của b tông Trong khi đó cốt thép l vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén đều tốt Do vậy người ta

đã đặt cốt thép v o trong b tông để tăng cường khả năng chịu lực cho kết cấu, từ

đó sinh ra b tông cốt thép Vì cốt thép chịu nén cũng tốt n n cốt thép cũng được

đặt trong các cấu kiện chịu nén như cột, thanh nén của d n để tăng khả năng chịu lực, giảm kích thước tiết diện v chịu các lực kéo xuất hiện do ngẫu nhi n

Theo Phan Quang Minh (2006) b tông v cốt thép có thể cùng công tác chịu lực l do :

B tông v cốt thép dính chặt với nhau, cho n n có thể truyền lực từ b tông sang cốt thép v ngược lại Lực dính có tầm quan trọng h ng đầu đối với b tông cốt thép Nhờ có lực dính m cường độ của cốt thép mới được khai thác, bề rộng vết nứt trong vùng kéo mới được hạn chế… Do đó người ta phải tìm mọi cách để tăng cường lực dính giữa b tông v cốt thép Giữa b tông v cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, đồng thời b tông còn bao bọc cốt thép, bảo vệ cốt thép chống lại các tác dụng ăn mòm của môi trường Vì vậy thi công kết cấu b tông cốt thép phải rất thận trọng khi dùng các loại phụ gia hóa dẻo v đông cứng nhanh, phải đầm k

b tông để b tông đạt đến độ chặt sít cần thiết Cốt thép v b tông có hệ số giãn nở gần giống nhau (α của b tông từ 0,000015 đến 0,000012) Do đó khi nhiệt độ thay đổi trong phạm vi thông thường (Dưới 1000C) trong cấu kiện không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không l m phá hoại lực dính giữa b tông v cốt thép

B tông giữ cho cốt thép khỏi bị ăn mòn Lượng ximăng cần ít nhất 250kG/m3

v chiều d y lớp bảo vệ cốt thép phải được chọn tùy thuộc theo loại cấu kiện v môi truòng l m việc của kết cấu

1.2 Bê tông

B tông được xem l một loại đá nh n tạo v l hỗn hợp tạo th nh b ng sự pha trộn hỗn hợp gồm ximăng, cát, đã, nước v một số phụ gia kết dính đóng rắn khác nếu cần thiết Để cải thiện một số tính chất của b tông trong lúc thi công cũng như trong quá trình sử dụng người ta có thể th m một số phụ gia

1.2.1 Vật liệu chế tạo bê tông

Xi măng

Xi măng l th nh phần kết dính để li n kết các hạt cốt liệu lại với nhau để tạo

ra cường độ cho b tông Chất lượng v h m lượng xi măng quyết định đến khả

năng chịu lực của b tông.Y u cầu của việc chọn xi măng để chế tạo b tông ta cần chú ý đến những đặc điểm sau (TCVN 3118:2022):

Chọn chủng loại xi măng : Phải chọn chủng loại xi măng Phù hợp với đặc điểm kết cấu v tính chất môi trường sẽ thi công để đảm bảo tính bền vững l u d i của kết cấu, như xi măng pooclăng, xi măng pooclăng bền sunfat…

Chọn mác xi măng : Phải đảm bảo mac thiết kế v phù hợp với y u cầu thiết

kế

Nếu dùng xi măng mác thấp để chế tạo b tông mác cao thì lượng xi măng sử dụng cho 1m3 b tông sẽ nhiều n n không đảm bảo kinh tế v ngược lại nếu dùng xi măng mác cao để chế tạo b tông mác thấp thì lượng xi măng tính toán ra để sử dụng cho 1m3 b tông sẽ rất ít không đủ để li n kết to n bộ các hạt cốt liệu với nhau, mặt khác hiện tượng ph n tầng của hỗn hợp b tông dễ xảy ra, g y nhiều tác hại xấu cho b tông Vì vậy cần phải tránh dùng xi măng mác thấp để chế tạo b tông mác cao v ngược lại cũng không dùng xi măng mác cao để chế tạo b tông mác thấp

Hình 1 2 Vật liệu i măng Nước

Nước l th nh phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa

l m cho cường độ của b tông tăng l n Nước còn tạo ra độ lưu động cần thiết để quá trình thi công được dễ d ng Y u cầu k thuật về việc chọn nước cho b tông l phải nước sạch không g y ảnh hưởng tới việc đông kết v rắn chắc của xi măng

Tuỳ theo mục đích sử dụng h m lượng các tạp chất khác phải thoả mãn TCVN 4506:2012 – nước cho b tông v vữa

Cốt liệu nhỏ (Cát)

Cát l cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (Đá, sỏi) v bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối b tông đặc chắc Cát cũng l th nh phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho b tông Y u cầu k thuật về việc chọn lựa chủ yếu v o th nh phần hạt, độ lớn v h m lượng tạp chất, đó cũng l những y u cầu k thuật đối với cát V phải thỏa mãn ti u chuẩn TCVN 7570:2006

Hình 1 3 Cát sử dụng trong â dựng

Th nh phần hạt của cát được xác định b ng cách lấy 1000g cát (Đã sấy khô) lọt dưới s ng có kích thước mắt s ng 5mm để s ng qua bộ lưới s ng có kích thước mắt s ng lần lượt l : 2,5 ; 1,25 ; 0,63 ; 0,315 ; 0,14 mm Sau khi s ng cát tr n từng lưới s ng có kích thước mắt s ng từ lớn đến nhỏ ta xác định lượng sót ri ng biệt v lượng sót tích lũy tr n mỗi s ng

Lượng sót ri ng biệt : ai (%) đó l tỷ số giữa lượng sót tr n mỗi s ng so với

Trong đó :

mi : Lượng cát còn sót lại tr n s ng i (g)

m : Lượng cát đem s ng (g)

Tính lượng sót tích lũy: ai (%) tr n mỗi s ng l tổng lượng sót ri ng biệt kể

Dmax l đường kính lớn nhất của cốt liệu: tương ứng với cỡ s ng có lượng

sót tích lũy nhỏ hơn v gần 10% nhất

Dmin l đường kính nhỏ nhất của cốt liệu: tương ứng với cỡ s ng có lượng

sót tích lũy lớn hơn v gần 90% nhất

Phụ gia

Phụ giá có nhiều loại khác nhau, có loại để nầng cao độ dẻo của hỗn hợp b tông, có loại dùng để tăng nhanh hoặc kéo d i thời gian đông kết của ximăng, có loại dùng để n ng cao cường độ b tông trong thời gian đầu, có loại để tăng khả năng chống thấm v.v… Theo TCVN 9202-2012 phụ gia hoá học dùng cho b tông

v vữa được chia th nh 7 nhóm :

- Phụ gia hoá dẻo giảm nước

- Phụ gia chậm đông kết

- Phụ gia đóng rắn nhanh

- Phụ gia hoá dẻo chậm đông kết

- Phụ gia hoá dẻo đóng rắn nhanh

- Phụ gia si u dẻo (Giảm nước mức cao)

- Phụ gia si u dẻo chậm đông kết

1.2.2 Ưu và nhược điểm của bê tông

Ưu điểm của bê tông

B tông l loại vật liệu giòn, cường độ chịu nén lớn, cường độ chịu lực cao,

có thể chế tạo được những loại b tông có cường độ, hình dạng v tính chất khác nhau Giá th nh rẻ, khá bền vững v ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm

Nhược điểm của bê tông

nhược điểm n y, người ta thường đặt cốt thép v o để tăng cường khả năng chịu kéo của b tông trong các kết cấu chịu uốn, chịu kéo Loại n y gọi l b tông cốt thép

Khả năng cách m, cách nhiệt kém

Chống ăn mòn kém

1.2.3 Các loại bê tông

Theo Phan Quan Minh (2006) thì tùy theo th nh phần v cấu trúc của b tông

m người ta ph n loại chúng theo nhiều cách khác nhau

Theo cấu trúc

Theo cấu trúc tạo th nh b tông thì b tông có các loại như: B tông đặc chắc, b tông có lỗ rỗng (Do dùng ít cát), b tông tổ ong

Theo khối lượng riêng

Th nh phần b tông thông thường có khối lượng ri ng γ = 2200÷ 2500 kG/m3, b tông nặng cốt liệu bé γ = 1800 ÷ 2200kG/m3, b tông nh

1.2.4 Cường độ của bê tông

Cường độ của b tông l đại lượng đặc trưng quan trọng của b tông về chất lượng v khả năng chịu lực Thường căn cứ v o cường độ của b tông để ph n biệt các loại b tông Cường độ của b tông phụ thuộc v o cấu trúc v th nh phần cấu tạo nó Để xác định cường độ b tông phải l m các thí nghiệm, thí nghiệm phá hoại mẫu l phương pháp xác định cường độ một cách trực tiếp v dùng phổ biến Ngo i

ra có thể sử dụng phương pháp gián tiếp như si u m, ép lõm vi n bị tr n bề mặt b tông v.v… Đặc trưng cho cường độ của b tông l cấp độ bền của b tông Theo

ti u chuẩn thiết kế kết cấu b tông cốt thép theo TCVN 5574 :2018 quy định ph n biệt chất lượng b tông theo cấp độ bền chịu nén B Đó l con số lấy b ng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn khối vuông cạnh a = 150mm, tuổi 28 ng y Tính theo đơn vị MPa Cấp độ bền chịu kéo l Bt l con số lấy b ng cường độ đặc trưng về kéo của b tông theo đơn vị Mpa

Theo ti u chuẩn 5574 :2012, b tông có cấp độ bền : B3,5 ; B5 ; B7,5 ; B10 ; B12,5 ; B15 ; B20 ; B25 ; B30 ; B35 ; B40 ; B45 ; B50 ; B55 ; B60

Thí nghiệm b ng máy nén, tăng lực nén từ từ cho đến khi mẫu phá hoại Gọi lực phá hoại l P thì cường độ của mẫu l R được xác định như sau:

(1-1) A: Diện tích tiết diện ngang mẫu thử

Khi bị nén, ngo i biến dạng dọc theo phương lực áp dụng, b tông còn bị nở ngang Thông thường mẫu bị phá hoại do nở ngang quá mức, nếu hạn chế sự nở ngang n y mẫu thử sẽ tăng khả năng chịu lực Trong thí nghiệm ma sát giữa mẫu thử v b n nén có thể l m cản trở sự nở ngang, cần bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử v b n nén nh m giảm lực ma sát để mẩu thử tự do nở ngang, đồng thời tốc độ gia tải cũng phải hợp lý

Cường độ đặc trưng của mâu chuẩn

Cường độ đặc trưng B của mẫu chuẩn xác định theo xác xuất đảm bảo 95% v được tính toán theo công thức (1-2):

Trong đó: v – hệ số biến động về cường độ chịu nén của mẫu

Qui đổi mẫu nén h nh lập phương sang mẫu nén h nh lăng trụ

Cốt thép dùng trong kết cấu b tông cốt thép khi biết rõ các chỉ ti u k thuật sau :

-Th nh phần hóa học v phương pháp sản xuất

-Các chỉ ti u về cường độ : Giới hạn chảy, giới hạn bền v hệ số biến động của giới hạn đó, mođun đ n hồi, độ dẻo, khả năng h n được v.v…

Về hình thức, cốt thép được sản xuất th nh các thanh tiết diện tròn mặt ngoài nhẵn (Cốt thép tròn trơn) hoặc mặt ngo i có gờ (Cốt thép có gờ hoặc cốt thép v n) Các gờ tr n bề mặt cốt thép có tác dụng n ng cao khả năng dính bám của nó với b tông

Nh m tăng khả năng l m việc cho cấu kiện b tông cốt thép, người ta bố trí thép v o trong cốt liệu b tông nh m tăng khả năng chịu kéo cho cấu kiện Cốt thép dùng cho kết cấu b tông cốt thép phải đảm bảo y u cầu k thuật theo ti u chuẩn hiện h nh (TCVN 1651:2018) Hiện nay tr n thị trường sử dụng phổ biến các loại cốt thép gồm : thép tròn trơn , cốt thép g n: CB300-T, CB300-V; CB400-T; CB400-V Đường kính cốt thép gồm có : 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30,

32, 36, 40 Về hình dáng thì gồm có : Cốt thép trơn dạng cuộn, cốt thép g n (gờ) dạng c y, chiều d i mỗi c y l 11,7m

1.3.2 Biểu đồ ứng suất – biến dạng

Về ứng suất của cốt thép, người ta chia l m 3 giới hạn

Dựa v o biểu đồ ứng suất – biến dạng có thể ph n cốt thép l m hai loại : Cốt thép dẻo: có thềm chảy rõ r ng hoặc một vùng biến dạng dẻo khá rộng

Cốt thép dòn: có giới hạn chảy không rõ r ng v gần giới hạn bền đ y thường l các sợi thép cường độ cao Khi kéo thép trong giới hạn đ n hồi (Chưa đến điểm A) (Hình 1.10a ) rồi giảm lực thì to n bộ biến dạng được khôi phục, đường biểu diễn σ- ε khi giảm lực trở về điểm O, gốc tọa độ

Khi kéo thép đến điểm D n o đó vượt qua điểm A (Quá giới hạn đ n hồi) rồi giảm lực thì đồ thị σ- ε ứng với giảm lực l một đương thẳng DO song song với

OA (Hình 10), không trở về gốc m vẫn còn một phần biến dạng không hồi phục,

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cường độ của b tông l đại lượng đặc trưng quan trọng của b tông về chất lượng v khả năng chịu lực Thường căn cứ v o cường độ của b tông để phận biệt các loại b tông Cường độ của b tông phụ thuộc v o cấu trúc v th nh phần cấu tạo nó Để xác định cường độ b tông phải l m các thí nghiệm, thí nghiệm phá hoại mẫu l phương pháp xác định cường độ một cách trực tiếp v dùng phổ biến ngo i

ra có thể sử dụng phương pháp gián tiếp như si u m, ép lõm vi n bị tr n bề mặt b tông v.v…

2.1.1 Phương pháp ác định cường độ bê tông trên mẫu đúc

bị biến dạng khi đầm nén để khỏi l m chảy mất vữa xi măng

Khuôn đúc mẫu thử hoặc để thí nghiệm về chỉ ti u thi công, phải lấy hỗn hợp

b tông chỗ trộn b tông lấy ở giữa thùng máy trộn hay ở giữa bunke chứa b tông hay tại chỗ đang đầm b tông (Lấy ở giữa mẻ b tông vừa được chuyển đến)

Hình 2 1 ẫu thí nghiệm cường độ chịu nén

Mẫu chuẩn l mẫu từ hỗn hợp b tông có hình dạng l khối vuông cạnh a (a =100,

150, 200mm)

Ngo i ra có thể l mẫu khối hình trụ d y vuông hay tròn, khối trụ tròn thường có diện tích đáy A = 200cm2, chiều cao h = 2D = 320mm

Thể tích hỗn hợp lấy ra để đúc mẫu phải lớn hơn thể tích tổng số các mẫu thử

từ 1,5 đến 2 lần

Khi đúc mẫu b tông nếu b tông có độ sụt không quá 12cm thì phải đầm b tông b ng máy đầm rung có tốc độ 2800-3000 vòng/phút v bi n độ rung 0,35mm Nếu b tông có độ sụt lớn hơn 12cm thì có thể đầm b tông b ng tay Cách đầm b tông b ng máy đầm rung: Đặt khuôn l n máy đầm rung rồi đổ b tông v o khuôn v

k p chặt khuôn Mở máy từ từ cho đến tốc độ 2800-3000 vòng /phút Theo dõi hỗn hợp b tông trong khuôn cho đến khi thấy mặt b tông b ng phẳng v có vữa xi măng nổi tr n mặt b tông thì ngừng máy Cách đầm b tông b ng tay: Đổ b tông

v o khuôn l m 2 lớp rồi dùng que sắt tròn đường kính 16mm chọc để đầm Lớp thứ nhất, phải chọc đến tận đáy khôn Ở lớp thứ 2 phải chọc s u xuống lớp thứ nhất 2-3cm Ở mỗi lớp, cứ tr m diện tích 100cm2 thì chọc 10 lần v chọc đều từ xung quanh th nh khuôn v o giữa Sau đó dùng que sắt tròn gặt bề mặt để bề mặt hỗn hợp b ng phẳng Sau khi đầm xong, phủ một lớp vải ẩm l n mặt khuôn b tông v

v độ ẩm không dưới 90% để dưỡng hộ trong 28 ng y Khi tháo khuôn b tông phải dùng sơn hoặc mực không phải để ghi dấu mẫu thử Tuyệt đối không được ghi dấu

b ng cách vạch th nh vết lõm tr n mặt mẫu Đối với mẫu hình lập phương thì ghi dấu ở mặt tr n, còn đối với mẫu hình trụ thì ghi ở mặt b n của mẫu

Theo Phan Quang Minh (2006), thí nghiệm b ng máy nén, tăng lực nén từ từ cho đến khi mẫu phá hoại Gọi lực phá hoại l P thì cường độ của mẫu l R được xác định như sau:

P R A

A: Diện tích tiết diện ngang mẫu thử

Khi bị nén, ngo i biến dạng dọc theo phương lực áp dụng, b tông còn bị nở ngang Thông thường mẫu bị phá hoại do nở ngang quá mức, nếu hạn chế sự nở ngang n y mẫu thử sẽ tăng khả năng chịu lực

Trong thí nghiệm ma sát giữa mẫu thử v b n nén có thể l m cản trở sự nở ngang, cần bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử v b n nén nh m giảm lực ma sát để mẩu thử tự do nở ngang, đồng thời tốc độ gia tải cũng phải hợp lý

Hình 2 2 ự phá ho i của mẫu thử khối vuông

Quy đổi cường độ

Đơn vị của R thường dùng l MPa (Mega Pascan) hoặc kG/cm2

B tông thông thường có R = 5 ÷ 30 MPa B tông có R > 60 MPa l loại cường độ cao Hiện nay người ta có thể chế tạo b tông đặc biệt có R ≥ 70 Mpa

Hình 2 3 iểu đồ thể hiện biến d ng đàn hồi – dẻo của bê tông

Phương pháp ác định mô đun đàn hồi E

Khi chịu nén mô đun đ n hồi ban đầu của b tông Eb được định nghĩa từ biểu theo Phan Quang Minh (2006):

b b el

Eb Phụ thuộc v o cấp độ bền v loại b tông B tông nặng thông thường lấy

MPa

b el

Hình 2 4 ồ thị ứng suất – biến d ng của bê tông

Cường độ trung bình (Nén) của mẫu chuẩn

Khi nén thí nghiệm n mẫu chuẩn của cùng một loại b tông thu được các giá trị cường độ của mẫu thử là B1, B2, , Bn Các giá trị đó có thể giống hoặc khác nhau Giá trị trung bình cường độ của các mẫu chuẩn kí hiệu là Rm, gọi tắt l cường

độ trung bình được tính theo Phan Quang Minh (2006):

i m

B B

n

Cường độ đặc trưng của mẫu chuẩn

Cường độ đặc trưng B được xác định theo xác suất đảm bảo 95% v được tính toán theo Phan Quang Minh (2006) như sau:

B = Bm.(1-Sυ) (2.5)

Trong đó: υ – hệ số biến động về cường độ chịu nén của mẫu

Qui đổi mẫu nén hình lập phương sang mẫu nén h nh lăng trụ

Rbn = (0,77 – 0,001B) (2.6) Trong đó:

γbc, γbt-Hệ số độ tin cậy của b tông tương ứng khi nén và khi kéo Khi tính

Theo TCXDVN 239:2006 thì xác định cường độ bê tông trên kết cấu công trình nh m mục đích:

- Nếu trong trường hợp không thực hiện được việc kiểm tra chất lượng bê tông trên mẫu đúc hoặc có nghi ngờ về chất lượng bê tông trong quá trình kiểm tra, thì việc xác định cường độ bê tông trên kết cấu công trình l để đánh giá sự phù hợp hoặc nghiệm thu đối với kết cấu hoặc bộ phận kết cấu của các công trình mới xây dựng so với thiết kế ban đầu hoặc so với tiêu chuẩn hiện hành

- Đưa ra chỉ số về cường độ thực tế của cấu kiện, kết cấu, l m cơ sở đánh giá mức độ an toàn của công trình dưới tác động của tải trọng hiện tại hoặc để thiết kế cải tạo hoặc sửa chữa đối với công trình đang sử dụng

Như vậy từ việc thu thập số liệu thí nghiệm hiện trường của các công trình, sẽ tính toán, đánh giá chất lượng bê tông trên kết cấu hoặc bộ phận kết cấu để so sánh với yêu cầu của thiết kế và so với tiêu chuẩn hiện hành, thông qua các giá trị cường

độ và hệ số biến động về cường độ của bê tông hiện trường

Phương pháp ác định cường độ bê tông trên mẫu khoan

Theo tiêu chuẩn TCXDVN 239:2006 thì cường độ bê tông hiện trường qui về mẫu lập phương chuẩn (Rht) sai số trong phạm vi12 / n, %, trong đó n l số lượng mẫu khoan Thí nghiệm b ng phương pháp khoan lấy mẫu để xác định cường

độ bê tông hiện trường cho độ chính xác cao

Mẫu khoan trong các số liệu thu thập được, thí nghiệm sau tuổi 28 ngày và theo tiêu chuẩn thí nghiệm TCVN 3118 – 2022

Tính toán ác định cường độ bê tông hiện trường của cấu kiện

Việc tính toán v đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu của mỗi công trình được thực hiện theo tiêu chuẩn TCXDVN 239:2006, gồm các bước tính toán như sau:

mk

P R F

 (2.8) Trong đó:

P -Tải trọng phá hoại thực tế khi nén mẫu, đơn vị newton

F = π(dmk)2/4

Xác định cường độ bê tông hiện trường theo công thức

.(1.5 1 / )

D - Hệ số ảnh hưởng của phương khoan so với phương đổ bê tông

+ D = 2,5 khi phương khoan vuông góc với phương đổ bê tông

+D = 2,3 khi phương khoan song song với phương đổ bê tông h -Chiều cao mẫu khoan, xác định sau khi làm phẳng bề mặt để ép

λ -Hệ số ảnh hưởng của chiều cao (h) v đường kính (dmk) của mẫu khoan đến

dt - Đường kính danh định của cốt thép n m trong mẫu khoan

a - Khoảng cách từ trục thanh thép đến đầu gần nhất của mẫu khoan

Trong trường hợp mẫu khoan chứa 2 thanh thép trở l n, trước tiên phải xác định khoảng cách giữa từng thanh thép với lần lượt các thanh cốt thép còn lại, nếu khoảng cách này nhỏ hơn đường kính của thanh cốt thép lớn hơn thì chỉ cần tính

R R

2.2 Các chỉ tiêu thí nghiệm cơ bản của bê tông

2.2.1 Độ sụt

Độ sụt hay độ lưu động của vữa b tông, dùng để đánh giá khả năng dễ chảy của hỗn hợp b tông dưới tác dụng của trọng lượng bản th n hoặc rung động Độ sụt được xác định theo TCVN 3106-1993 hoặc ASTM C143-90A Ký hiệu l SN (cm) Dụng cụ đo l hình nón cụt của Abrams, gọi l côn Abrams, có kích thước 203x102x305 mm, đáy v miệng hở Que đầm hình tròn có đường kính b ng 16mm

d i 600mm Độ sụt b ng 305 trừ đi chiều cao của b tông tươi Căn cứ v o độ sụt chia bê tông l m ba loại:

Hình 2 5 ách đo độ sụt của h n h p bê tông

Ở giai đoạn ban đầu của vật liệu b tông (giai đoạn có thể thi công được), vật liệu b tông có dạng vữa lỏng, n n rất dễ chứa đựng, vận chuyển, v đặc biệt l dễ

đổ v o thiết bị tạo khuôn Tính linh động của vữa lỏng đảm bảo cho việc rót b tông

v o khuôn được dễ d ng

Đặc tính linh động của vữa b tông được đo lường thông qua chỉ ti u độ sụt của vữa trước khi đổ b tông Hình dạng của khối vật liệu b tông có thể thay đổi theo hình dạng của thiết bị dùng để chứa đựng v tạo hình cho b tông, còn gọi

là khuôn đúc b tông Độ sụt của vữa b tông đảm bảo cho vữa b tông có thể chảy đến mọi vị trí b n trong khuôn đúc b tông

Khi nói đến mác b tông l nói đến khả năng chịu nén của mẫu b tông Theo

ti u chuẩn x y dựng hiện h nh của Việt Nam (TCVN 3105:2022, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ l một mẫu b tông hình lập phương có kích thước 150 mm × 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện ti u chuẩn quy định trong TCVN 3105:2022, trong thời gian 28 ng y sau khi b tông ninh kết Sau

đó được đưa v o máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của b tông), đơn vị tính b ng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kg/cm²)

Mander và các cộng sự (1988) đã đề xuất một mô hình thống nhất cho bê tông

có kiềm chế nở ngang áp dụng cho cả cốt đai xoắn dạng tròn và cốt đai rời hình chữ nhật (Hình 2.12) Mô hình n y đã xét tới ảnh hưởng của sự phân bố cốt thép dọc và cốt đai trong cột Đường cong ứng suất - biến dạng được xây dựng dựa tr n phương trình của Popovics (1973), trong đó hình dạng của nhánh đi xuống phụ thuộc vào

mô đun cát tuyến tại điểm cao nhất của đường cong

Để tìm cường độ bê tông khi có kiềm chế nở ngang , ứng suất kiềm chế hiệu quả được tính toán dựa trên hiệu ứng vòm của bê tông xảy ra giữa các lớp cốt đai trong mặt phẳng thẳng đứng và n m ngang giữa các cốt thép dọc

Hình 2 6 Mô hình ứng suất biến d ng của bê tông theo Mander

Với tiết diện chịu ứng suất kiềm chế nở ngang theo hai phương b ng nhau được tính như sau:

f l = ứng suất ngang do cốt đai g y ra

tích lõi bê tông