nghiên cứu so sánh mô phỏng và thực nghiệm đánh giá khả năng chịu nén của cột bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế

Kết quả này sẽ hỗ trợ trong việc hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động và tính chất cơ học của cột bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế, từ đó giúp tối ưu hóa thiết kế và xây dựng các côn

TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ

Tổng quan về bê tông cũ ở Việt Nam và trên thế giới

Cốt liệu bê tông tái chế (Recycled Concrete Aggregate - RCA) đang trở thành một giải pháp quan trọng trong ngành xây dựng và xử lý vật liệu Điều đặc biệt làm nổi bật RCA so với bê tông mới là quy trình sản xuất được thực hiện theo một phương pháp khác bệt và cẩn thận

Quá trình sản xuất RCA bắt đầu bằng việc lựa chọn kỹ lưỡng vật liệu từ các nguồn phế liệu bê tông Những mảnh vỡ, mảnh kim loại hay sắt thép có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của vật liệu sẽ được loại bỏ trong quá trình sàng lọc đặc biệt Khi đã loại bỏ những thành phần không mong muốn, bê tông tái chế sẽ tiếp tục được nghiền nhỏ với kích thước tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng dự án

Việc sàng lọc kỹ lưỡng và quá trình nghiền nhỏ này làm tăng tính ổn định và đảm bảo chất lượng của RCA Điều này đặc biệt quan trọng đối với các nhà tái chế đá và nhà cung cấp vật liệu cho các nhà thầu xây dựng đường xá và bãi đậu xe, nơi chất lượng vật liệu đóng vai trò then chốt

Một trong những lợi ích đáng kể của RCA là ảnh hưởng tích cực đến kinh tế và môi trường Chủ cơ sở tái chế và các nhà thầu có thể tiết kiệm được một lượng chi phí đáng kể khi sử dụng RCA thay vì bê tông mới, từ đó tạo cơ hội sử dụng thêm nguồn kinh phí cho việc trang trí bề mặt và các phần khác trong dự án

Tuy nhiên, ưu điểm quan trọng nhất của RCA là tính thân thiện với môi trường sinh thái Trong quá trình sản xuất bê tông mới, việc khai thác đá và nghiền nhỏ đòi hỏi sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên và quá trình chế biến cơ khí, gây ra nhiều tác động xấu tới môi trường Ngược lại, việc tái chế bê tông tạo ra một vòng đời mới cho cốt liệu mà chỉ đòi hỏi ít quá trình chế biến, giảm thiểu tác động đến nguồn tài nguyên tự nhiên và giúp giảm lượng phế liệu bê tông chôn lấp

Ngoài ra, tính linh hoạt cao của RCA cũng là một lợi điểm quan trọng Với khả năng sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trong xây dựng, RCA có thể được ứng dụng trong các dự án cảnh quan, cải tạo nhà ở, xây dựng lối vào, hành lang, sân trong khu dân cư, các bãi đậu xe thương mại, đường giao thông nông thôn, tiện ích hạ tầng và nhiều ứng dụng khác

Các nhà nghiên cứu thuộc Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Liên bang Hoa Kỳ đã thực hiện nhiều nghiên cứu và kiểm tra, xác nhận rằng mặc dù được tái chế từ phế liệu bê tông, RCA vẫn đáng tin cậy về mặt cấu trúc và an toàn khi sử dụng làm vật liệu tổng hợp tự nhiên

Với những lợi ích rõ ràng và tiềm năng ứng dụng đa dạng, RCA đang ngày càng được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng Các quốc gia phát triển như Mỹ, Singapore, Pháp, Đức, Bỉ và Luxembourg đã đưa ra chính sách và biện pháp để xử lý bê tông phế liệu và tận dụng cốt liệu bê tông tái chế trong các công trình xây dựng, hướng tới việc xây dựng môi trường xanh và bền vững hơn

1.1.1 Tình hình bê tông cốt liệu cũ ở Việt Nam

Tình trạng quản lý và tái chế cốt liệu tái chế (RCA) ở Việt Nam hiện đang đối diện với nhiều thách thức và vấn đề cần giải quyết RCA chiếm tới khoảng 25% lượng chất thải sinh hoạt, tuy nhiên, việc thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải này chưa đạt hiệu quả cao Điều này yêu cầu sự điều chỉnh, bổ sung và tăng cường các quy định hiện hành, đặc biệt là trong việc phân loại từ nguồn và thúc đẩy tái chế

Ngành chức năng đánh giá rằng tình trạng quản lý, thu gom, vận chuyển và xử lý RCA ở Việt Nam vẫn còn nhiều bất cập Cụ thể, tình trạng đổ trộm phế thải xây dựng diễn ra phổ biến ở hầu hết các quận, huyện trong thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Việc này phản ánh rõ ràng việc phân loại, thu gom và vận chuyển RCA hiện vẫn chưa có các quy định cụ thể và trách nhiệm rõ ràng

Các chuyên gia trong lĩnh vực này đồng lòng rằng RCA là nguồn phát thải chính và các biện pháp xử lý và chế tài xử phạt vẫn còn nhiều hạn chế, gây khó khăn trong việc quy trách nhiệm xử lý khi phát hiện trường hợp xả thải ra môi trường Nhiều chuyên gia cũng cho rằng, trong thời gian dài, biện pháp xử lý chủ yếu đối với RCA ở Việt Nam vẫn chỉ tập trung vào việc chôn lấp

Thực tế, khối lượng RCA ước tính là khoảng 1500 tấn/ngày tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh Điều này đòi hỏi sự cần đến những bãi chôn lấp lớn Mặc dù đã quy hoạch 10 khu vực chôn lấp RCA, tốc độ đô thị hóa nhanh, số lượng công trình xây dựng tăng cao dự kiến sẽ gây nhiều áp lực và khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu xử lý RCA trong tương lai Thêm vào đó, RCA còn khá khó phân hủy, làm cho tình trạng quá tải bãi chôn lấp RCA trở thành vấn đề cấp bách Để giải quyết tình trạng này, việc tăng cường quản lý, phân loại và tái chế RCA trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu cho Việt Nam Cần thiết có các chính sách, quy định rõ ràng và chặt chẽ, đồng thời áp dụng biện pháp xử phạt nghiêm minh đối với việc xả thải không hợp pháp Thúc đẩy việc tái chế RCA không chỉ giúp giảm thiểu nguồn gốc thải và ô nhiễm môi trường mà còn giúp tối ưu hóa tài nguyên và hướng tới xây dựng môi trường sống xanh, bền vững hơn cho tương lai

1.1.2 Tình hình bê tông cốt liệu cũ ở một số quốc gia

Tình hình ứng dụng, sản xuất và tái chế bê tông cốt liệu cũ (RCA) có sự khác biệt ở các quốc gia trên thế giới, nhưng nó đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành xây dựng và quản lý tài nguyên Dưới đây là một số ví dụ về tình hình ứng dụng và tái chế RCA ở một số quốc gia tiêu biểu:

Hoa Kỳ: Hoa Kỳ là một trong những quốc gia dẫn đầu về ứng dụng và tái chế RCA Các chương trình tái chế bê tông cũ đã được triển khai rộng rãi ở nhiều tiểu bang Những công trình xây dựng lớn như đường cao tốc, cầu, và hạ tầng công cộng thường sử dụng RCA làm cốt liệu để giảm thiểu lượng rác thải xây dựng và tiết kiệm tài nguyên Đồng thời, các quy định và tiêu chuẩn về chất lượng và an toàn của RCA cũng được đề cao

Châu Âu: Nhiều quốc gia châu Âu như Pháp, Đức, Bỉ, và Luxembourg đều áp dụng chính sách và giới thiệu các biện pháp tái chế RCA Các dự án xây dựng quan trọng, từ công trình giao thông đến tòa nhà, đều sử dụng RCA nhằm giảm thiểu lượng chất thải xây dựng và bảo vệ môi trường Chất lượng và tiêu chuẩn sử dụng RCA cũng được quan tâm và kiểm soát chặt chẽ

Cốt liệu bê tông tái chế (RCA)

Cốt liệu bê tông tái chế (RCA) đang thu hút sự quan tâm ngày càng lớn trong ngành xây dựng vì tiềm năng lợi ích môi trường và kinh tế mà nó mang lại Các nghiên cứu đã chứng minh rằng bê tông sử dụng RCA có thể có các thuộc tính tương đương với bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên (NA) Điều này tạo ra một cơ hội quan trọng để tái chế chất thải bê tông và giảm thiểu sự tiêu thụ tài nguyên tự nhiên

Tuy nhiên, việc sử dụng RCA đòi hỏi sự cẩn trọng, chủ yếu do RCA có xu hướng hấp thụ nước cao hơn so với cốt liệu tự nhiên Điều này có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ nước và xi măng trong bê tông, gây ảnh hưởng đến tính chất làm việc và độ bền của bê tông Do đó, quá trình thiết kế hỗn hợp và điều chỉnh phải được thực hiện một cách cẩn thận khi sử dụng RCA để đảm bảo hiệu suất mong muốn và độ bền lâu dài của bê tông

RCA thường được thu thập từ các cơ sở xử lý phế liệu xây dựng và cấp liệu, trong đó bao gồm chất thải bê tông, cốt liệu không ràng buộc và sản phẩm gốm sứ như phần hỗn hợp bổ sung Tuy vậy, thành phần và chất lượng của RCA có thể thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc và phương pháp xử lý Vì vậy, đánh giá và kiểm tra chất lượng của RCA là cần thiết để đảm bảo tính phù hợp và hiệu quả trong ứng dụng của nó trong các dự án xây dựng

(Nguồn: Annisa Dewanti Putri (2017), Recycled concrete aggregate (RCA) for the use in construction: general review) Hình 1.1 Cốt liệu bê tông tái chế

Việc sử dụng RCA trong xây dựng mang lại nhiều lợi ích, không chỉ giúp giảm thiểu lượng chất thải xây dựng và tiết kiệm tài nguyên, mà còn là một biện pháp bền vững để bảo vệ môi trường Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả của việc sử dụng RCA, các kỹ sư và nhà xây dựng cần phải có hiểu biết sâu về tính chất và ứng xử của RCA trong quá trình thiết kế và xây dựng Nghiên cứu tiếp tục trong lĩnh vực này sẽ tiếp tục tối ưu hóa ứng dụng của cốt liệu bê tông tái chế, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng môi trường sống xanh và bền vững

Cốt liệu bê tông tái chế (RCA) là thành phần cơ bản trong hỗn hợp bê tông, chiếm một tỷ trọng đáng kể, thường dao động từ 65% đến 80% Nhu cầu cốt liệu trên toàn cầu là rất lớn, với ước tính tiêu thụ hàng năm khoảng 37,5 tỷ tấn, và Trung Quốc đóng vai trò quan trọng, chiếm gần 40% trong tổng số này Tuy nhiên, việc không ngừng đáp ứng nhu cầu này đã dẫn đến việc sinh ra lượng lớn chất thải xây dựng và phá dỡ (C&D) tại Trung Quốc, chiếm gần 50% trong tổng lượng chất thải rắn đô thị [Ding và Xiao, 2014] Thách thức về chất thải gia tăng này đã thúc đẩy việc tìm kiếm các giải pháp bền vững, và việc sử dụng Cốt liệu Bê tông tái chế (RCA) từ phế liệu C&D đã trở thành một hướng tiếp cận tiềm năng với nhiều lợi ích đa dạng cho môi trường và ngành công nghiệp xây dựng

Việc sử dụng RCA trong sản xuất bê tông có tiềm năng lớn trong việc giảm các tác động môi trường Đáng chú ý, việc sử dụng RCA có thể giảm lượng khí thải khí nhà kính (GHGs) đáng kể, với ước tính gợi ý về việc giảm lên đến 65% so với sản xuất bê tông truyền thống, cùng với việc tiết kiệm đáng kể khoảng 58% năng lượng không tái tạo Những kết quả này nhấn mạnh tiềm năng đáng kể của RCA như một lựa chọn thân thiện với môi trường thay thế cho cốt liệu tự nhiên truyền thống, biến nó trở thành yếu tố không thể thiếu trong các chiến lược nhằm chống lại biến đổi khí hậu và bảo vệ nguồn tài nguyên năng lượng hữu hạn

Hơn nữa, trong quá trình nghiền và sản xuất cốt liệu, phần đáng kể của sản phẩm từ máy nghiền chính có thể có kích thước hạt nhỏ hơn 40 mm Hiện tượng này được tăng cường khi sử dụng nhiều giai đoạn nghiền để đạt được kích thước cốt liệu mong muốn, dẫn đến việc tạo ra tỷ lệ cao hơn của các hạt mịn - các hạt có đường kính nhỏ hơn 0,074 mm Mặc dù hạt mịn có thể gây ra một số thách thức trong sản xuất bê tông do ảnh hưởng tiềm ẩn đến khả năng làm việc và tính chất cơ học, chúng cũng mang đến cơ hội độc đáo trong các ứng dụng bê tông đặc biệt, chẳng hạn như trong sản xuất bê tông tự trải và bê tông cao cường độ

Trong bối cảnh ngành công nghiệp xây dựng tiếp tục mở rộng và phát triển, việc áp dụng các phương pháp bền vững và áp dụng các giải pháp sáng tạo là cần thiết để đối mặt với các vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng Việc sử dụng hiệu quả cốt liệu bê tông tái chế từ chất thải C&D không chỉ giảm nhu cầu sử dụng cốt liệu tự nhiên, bảo tồn tài nguyên quý giá, mà còn đóng góp đáng kể vào việc giảm chất thải, thúc đẩy nguyên lý của nền kinh tế vòng tròn Điều này đồng thời tạo điều kiện cho một ngành công nghiệp xây dựng bền vững và kiên cố hơn, điều này phù hợp với nỗ lực toàn cầu nhằm đạt được bền vững môi trường và một tương lai xanh hơn Để đạt được hết tiềm năng của RCA và thúc đẩy chương trình phát triển bền vững trong ngành công nghiệp xây dựng, nghiên cứu và phát triển tiếp theo là điều không thể thiếu Cần thực hiện các nghiên cứu toàn diện về các khía cạnh khác nhau của tái chế bê tông, từ các yếu tố kỹ thuật và kỹ nghệ cho đến các khía cạnh kinh tế và chính sách Hơn nữa, sự hợp tác giữa giới học thuật, ngành công nghiệp và các cơ quan chính phủ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng một hệ sinh thái hỗ trợ, khuyến khích việc sử dụng rộng rãi RCA và các biện pháp xây dựng bền vững khác, đảm bảo sự cân bằng hài hòa giữa phát triển đô thị và bảo vệ môi trường.

Phương pháp sản xuất và phối trộn

Hàng năm, khoảng 100 triệu tấn (tương đương 90 triệu tấn mét khối) bê tông được tái chế thành cốt liệu sử dụng Lượng bê tông tái chế lớn như vậy đang mang đến một cơ hội to lớn để tiếp tục nghiên cứu và mở rộng việc sử dụng Cốt liệu Bê tông tái chế (RCA), đặc biệt khi nguồn gốc của nó là từ các nguồn dự trữ rộng lớn của chất thải xây dựng và phá dỡ

Việc tái chế bê tông sang cốt liệu tái chế mang lại nhiều lợi ích vượt trội về môi trường và kinh tế Thay vì lãng phí tài nguyên tự nhiên, RCA tận dụng lại tài nguyên tái sử dụng từ bê tông cũ, giúp giảm thiểu tác động khai thác tài nguyên thiên nhiên Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ các nguồn tài nguyên hữu hạn và hạn chế sự suy giảm nguồn cung cấp cốt liệu tự nhiên

Ngoài ra, việc sử dụng RCA cũng đóng góp tích cực vào việc giảm lượng chất thải xây dựng, giúp giải quyết vấn đề nghiêm trọng về quản lý chất thải Bằng cách tái chế bê tông từ C&D, RCA giảm thiểu lượng chất thải tiêu thụ không gian và giúp giữ cho môi trường xung quanh sạch sẽ và an toàn hơn

Một lợi thế quan trọng khác của RCA là khả năng giảm thiểu lượng khí thải nhà kính (GHGs) Việc sử dụng RCA giúp giảm thiểu tác động môi trường của ngành xây dựng, đóng góp tích cực vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu Đồng thời, việc phát triển và sử dụng RCA tạo ra cơ hội mới cho ngành xây dựng, đem lại các giải pháp xây dựng bền vững và tạo ra sản phẩm với hiệu quả kinh tế cao Nghiên cứu và phát triển RCA cũng cung cấp các cơ hội đáng kể cho các nhà khoa học và kỹ sư để tối ưu hóa công nghệ sản xuất, nâng cao chất lượng cốt liệu tái chế và tạo ra các sản phẩm xây dựng chất lượng cao

Dựa trên hình vẽ trên, để tạo điều kiện cho việc tái chế Các chất thải xây dựng và thu được cốt liệu tái chế, quy trình này phân biệt giữa các sản phẩm sau đây khi nhập vào nhà máy: Quy trình đầu tiên là Loại bỏ các chất thải xây dựng không có tạp chất hoặc không có sự hiện diện của tạp chất Các chất thải xây dựng không có tạp chất tương ứng với chất thải công nghiệp từ ngành xây dựng hoặc chất thải đạt được nhờ quản lý tốt nguồn gốc Tiếp theo là Các chất thải xây dựng không được lựa chọn: Loại chất thải này chứa các vật liệu không tinh khiết như nhựa, gỗ và kim loại

Trong trường hợp của các chất thải xây dựng không được lựa chọn, các vật liệu dễ nhận dạng (như nhựa, gỗ, v.v.) được tách ra và các chất thải lớn hơn 400 mm được nghiền nhỏ Sau đó, chúng được gửi đến hai dây chuyền xử lý được biết đến với tên gọi là các dây chuyền CDW không được lựa chọn Các chất thải xây dựng không có tạp chất được gửi để được xử lý trong một dây chuyền xử lý được biết đến với tên gọi là dây chuyền CDW sạch

Quy trình này cơ bản bao gồm các quy trình phụ sau:

Máy tách từ: tách các kim loại từ tính

Giai đoạn sàng lọc đầu tiên, cần thiết cho việc tách kích thước Các phân đoạn thu được là: (a) 0/15 mm: bị từ chối do nồng độ tạp chất cao, đặc biệt là đất Phân đoạn này được coi là không liên quan đến quy trình tái chế; nó hữu ích cho việc bù đắp nhỏ và phục hồi khu vực tự nhiên bị suy thoái (b) 15/80 mm: phân đoạn này được gửi đến máy nghiền (c) 80/400 mm: phân đoạn này được gửi đến dây chuyền chọn lựa bằng tay

Quy trình tiếp theo sẽ là dây chuyền chọn lựa bằng tay: tách gỗ, kim loại, chất thải độc hại, nhựa, giấy, bìa, dây và thủy tinh, v.v Tiếp theo, quy trình tách bằng khí nén: các tạp chất nhẹ (chủ yếu là nhựa) được loại bỏ thông qua quá trình làm sạch bằng chân không Sau đó, giai đoạn nghiền tiếp theo, giai đoạn sàng lọc kế tiếp: các sản phẩm được tách ra thành một số phân đoạn được tái đưa vào máy nghiền Quy trình tách theo nguyên tắc của quả đạn: loại bỏ các yếu tố nhẹ, có hình dạng dài của phân đoạn 8/40 mm Quy trình cuối cùng sẽ cho ra cốt liệu bê tông tái chế và lưu trữ Để chuyển đổi chất thải từ chất thải bê tông thành cốt liệu tái chế, có nhiều phương pháp xử lý có thể được sử dụng Nhưng, các bước làm đều phân bổ một cách đồng đều và sàng lọc thông thường được thực hiện trên chất thải xây dựng và phá dỡ để tạo ra cốt liệu tái chế Tuy nhiên, trong một số trường hợp, quy trình làm sạch tự động có thể là bước tiếp theo để loại bỏ các lớp vữa gắn kết nhất trong bề mặt cốt liệu

(Nguồn: Annisa Dewanti Putri (2017), Recycled concrete aggregate (RCA) for the use in construction: general review) Hình 1.2 Quy trình làm sạch tự sinh

(a) Quá trình đồng nhất hạt được thực hiện trên các hạt bê tông nghiền ban đầu dựa trên việc thu thập và lựa chọn các hạt và mảnh vụn bằng cách xem xét màu sắc chủ đạo của chúng

(b) Trong giai đoạn mài mòn (sử dụng máy mài, máy nghiền hàm, v.v.), vật liệu được chia thành hai loại, đó là cốt liệu tinh và thô

Tiếp theo, (c) một quy trình làm sạch tự động được tạo ra và thực hiện Với quy trình này, RCA được đặt trong một trống máy quay và va chạm vào nhau trong khi loại bỏ các mảnh vụn vữa bám dính Sau quá trình làm sạch tự động, cốt liệu được làm sạch bằng nước và sau đó được làm khô để loại bỏ tất cả cặn còn lại và tạp chất được tạo ra

(Nguồn: Annisa Dewanti Putri (2017), Recycled concrete aggregate (RCA) for the use in construction: general review) Hình 1.3 Máy nghiền cốt liệu

Trong quá trình phá hủy, cốt liệu bê tông cũ thường được nghiền nát nhiều lần tùy thuộc vào điều kiện và nhu cầu, sử dụng nhiều loại máy nghiền khác nhau, bao gồm máy nghiền hàm, máy nghiền búa, máy nghiền côn và máy nghiền va đập, hoặc có thể được nghiền thủ công bằng búa

Còn về phương pháp trộn TSMA hoặc phương pháp trộn hai giai đoạn, cũng như phương pháp trộn vữa, phương pháp trộn được bọc cát, đều là những phương pháp tiếp cận để tạo cấu trúc bê tông tái chế Trong đó:

Phương pháp trộn TSMA: Đây là một quy trình trộn hai giai đoạn, với giai đoạn đầu tiên là trộn cốt liệu tái chế với một lượng nhỏ nước, sau đó để nó thẩm thấu trong một khoảng thời gian ngắn Sau đó, giai đoạn thứ hai tiếp tục trộn thêm nước và các thành phần bê tông khác để tạo thành hỗn hợp bê tông hoàn chỉnh

(Nguồn: Annisa Dewanti Putri (2017), Recycled concrete aggregate (RCA) for the use in construction: general review) Hình 1.4 Phương pháp trộn hai giai đoạn Phương pháp trộn vữa: Trong phương pháp này, cốt liệu tái chế được trộn với vữa, một loại chất kết dính, để tạo thành hỗn hợp bê tông Quá trình trộn này giúp cải thiện tính kết dính và độ cứng của bê tông tái chế

Phương pháp trộn được bọc cát: Trong phương pháp này, cốt liệu tái chế được phủ lớp cát trước khi trộn với các thành phần khác Lớp cát bọc giúp giảm lượng nước thẩm thấu vào cốt liệu và cải thiện tính kết dính của bê tông tái chế

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông

1.4.1 Ảnh hưởng của cường độ đá xi măng

Cường độ đá xi măng ảnh hưởng rất lớn đến cường độ bê tông Cuờng độ đá xi măng lại phụ thuộc vào tỉ lệ X/N thực chất là sự phụ thuộc vào thể tích lỗ rỗng tạo ra do lượng nước dư thừa

Trong đó: N, X là lượng nước và xi măng trong 1m 3 bê tông ( kg)

: Lượng nước liên kết hóa học tính bằng % khối lượng xi măng Ở tuổi 28 ngày lượng nước liên kết hóa học khoảng 15 - 20%

Mối Quan hệ giữa cường độ bê tông với Mác xi măng, tỉ lệ X/N được biểu thị qua công thức Bolomey-Skramtaev sau: Đối với bê tông có:

=  −  (1.2) Đối với bê tông có:

Trong đó: Rb: Cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày, kG/ cm 2

RX: Mác của xi măng (cường độ), kG/cm 2

A, A1 là hệ số được xác định theo chất lượng vật liệu và phương pháp xác định mác xi măng (bảng 1.1)

X/N: Tỷ lệ xi măng/nước

Bảng 1.1 Hệ số chất lượng vật liệu A và A1

Chất lượng vật liệu Chỉ tiêu đánh giá

Hệ số A và A1 ứng với phương pháp thử mác xi măng TCVN 6016:95 TCVN 4032:85

- Xi măng hoạt tính cao không trộn phụ gia thuỷ

- Cốt liệu: Đá sạch, cường độ cao, cấp phối hạt tốt Cát sạch, Mdl = 2.4  2.7 0.54 0.34 0.6 0.38

- Xi măng hoạt tính trung bình, xi măng poóc lăng hỗn hợp chứa 10  15% phụ gia thuỷ

- Cốt liệu: Đá có chất lượng phù hợp

TCVN1771:1987.Cát phù hợp TCVN

- Xi măng hoạt tính thấp, xi măng poóc lăng hỗn hợp chứa trên 15% phụ gia thuỷ

- Cốt liệu: Đá có 1chỉ tiêu chưa phù hợp

TCVN 1771:1987 Cát nhỏ Mdl< 2 0.45 0.29 0.5 0.32 (Nguồn: Trịnh Quang Vinh (2013), Giáo trình kỹ thuật thi công xây dụng)

Dưới đây là biểu đồ biểu thị sự phụ thuộc cường độ bê tông vào lượng nước:

(Nguồn: Trịnh Quang Vinh (2013), Giáo trình kỹ thuật thi công xây dụng)

Hình 1.5 Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn a Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt được b Vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao c Vùng hỗn hợp bê tông dẻo d Vùng hỗn hợp bê tông chảy

Khi tỉ lệ X/N quá nhỏ thì không đủ nước để đá xi măng thủy hóa hoàn toàn nên có cường độ đá xi măng giảm Mặt khác, khi đó hỗn hợp bêtông có độ sụt bé gây khó khăn trong quá trình thi công Khi tỉ lệ N/X quá cao, nước tự do còn tồn tại nhiều khi bay hơi sẽ để lại nhiều lỗ rỗng trong đá ximăng làm cường độ của đá ximăng giảm, nên cường độ bêtông cũng giảm Ngoài ra, nếu lượng nước quá nhiều thì hỗn hợp bêtông dễ bị phân tầng không thể thi công được

1.4.2 Ảnh hưởng của cốt liệu

Xuất phát từ điều kiện đồng nhất về cường độ của các thành phần cấu trúc trong bê tông (đá, xi măng và cốt liệu to, nhỏ hay vữa , xi măng với cốt liệu to) thì cường độ của cốt liệu ảnh hưởng đến cường độ bê tông chỉ trong trường hợp cường độ của nó thấp hơn hoặc xấp xỉ cường độ của đá hay vữa xi măng Điều này chỉ có thể xảy ra trong bê tông nhẹ dùng cốt liệu rỗng, vì ở đó cường độ của cốt liệu trong nhiều trường hợp có thể thấp hơn hoặc bằng cường độ của đá hay vữa xi măng Đối với bê tông nặng dùng cốt liệu đặc thì cường độ của cốt liệu lớn hơn rất nhiều so với cường độ của đá hay vữa ximăng

Vì vậy, ở đây cường độ của cốt liệu không ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê tông Sự phân bố giữa các hạt cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông Bình thường hồ xi măng lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa với cự ly bằng 2+3 lần đường kính hạt xi măng Trong trường hợp này do phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bê tông khá cao và yêu cầu côt liệu có cường độ cao hơn cường độ bê tông từ 1.5 lần (đối với bê tông mác nhỏ hơn 300) đến 2 lần (đối với bêtông Mác lớn hơn 300) Khi bê tông chứa lượng hồ xi măng lớn hơn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức hầu như không có tác dụng tương hỗ với nhau Khi đó cường độ của đá xi măng và cường độ vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ của bê tông, nên yêu cầu về cường độ cốt liệu ở mức thấp hơn cường độ của bê tông còn phụ thuộc vào đặc trưng của cốt liệu

Nếu bề mặt cốt liệu nhám, sạch cường độ dính kết với vữa xi măng sẽ tăng lên nên cường độ bê tông cũng tăng Ngược lại, nếu bề mặt cốt liệu trơn, bẩn thì cường độ dính kết sẽ giảm làm cường độ bê tông cũng giảm Do đó, với cùng một lượng dùng như nhau thì bê tông dùng đá dăm sẽ cho cường độ cao hơn khi dùng sỏi Ngoài ra, với đường kính cốt liệu nhỏ (cát) tăng thì lớp hồ xi măng cao bọc sẽ dày lên tạo khả năng dính kết cao nên cường độ bê tông cũng sẽ tăng Nếu sử dụng cốt liệu đặc chắc thì khi lượng dùng tăng lên thì cường độ bêtông cũng tăng Nguợc lại, nếu cốt liệu rỗng thì khi lượng dùng tăng cường độ bê tông sẽ giảm xuống

1.4.3 Ảnh hưởng của cấu tạo bê tông

Cường độ của bê tông không những chỉ phụ thuộc vào cường độ của đá xi măng, chất lượng cốt liệu mà còn phụ thuộc vào độ đặc riêng của bê tông, nghĩa là phụ thuộc vào sự lựa chọn thành phần và chất lượng thì công hỗn hợp bê tông Nếu như trong bê tông có các lỗ rỗng, thì nó không những làm giảm diện tích làm việc của vật liệu, mà còn tạo ra trong bê tông nhưng ứng suất tập trung hai bên lỗ rỗng Ứng suât này sẽ làm giảm khả năng của bê tông chống lại ngoại lực tác dụng Để tạo hình được tốt, ngoài việc lựa chọn thành phần bê tông sao cho đặc chắc nhất, thì vấn đề quan trọng là chọn độ dẻo của hỗn hợp bê tông và phương pháp thi công cho thích hợp Có nghĩa là nếu độ dẻo của hỗn hợp bê tông cao, tuy lèn ép dễ không cần lực tác động lớn nhưng cường độ bê tông sau này không cao Ngược lại, nếu dùng hỗn hợp bê tông có độ dẻo thấp, tuy cần lực lèn ép mạnh trong thời gian dài hơn, nhưng cường độ bê tông về sau này sẽ được nâng cao

1.4.4 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường bảo dưỡng

Trong điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm cao sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể Khi dưỡng hộ bê tông trong điều kiện nhiệt ẩm cường độ bê tông tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ

Cường độ bê tông cốt liệu cũ sử dụng cho công trình xây dựng

Quản lý chất lượng bê tông sử dụng cốt liệu tái chế đòi hỏi một quy trình kiểm tra và kiểm soát nghiêm ngặt, bắt đầu từ việc thu thập vật liệu chất thải xây dựng phù hợp cho đến giai đoạn cuối cùng của sản xuất bê tông Tính chất của bê tông sử dụng cốt liệu tái chế tương tự như bê tông mới được sản xuất Do đó, các tiêu chuẩn và các bài kiểm tra để đánh giá cường độ uốn và cường độ nén có thể áp dụng cho cả hai loại bê tông này Để đảm bảo chất lượng của bê tông sử dụng cốt liệu tái chế, cần thiết phải thiết lập một phương pháp hệ thống, bắt đầu từ việc lựa chọn và thu thập vật liệu chất thải xây dựng phù hợp một cách tỉ mỉ Các vật liệu chất thải thu thập được phải trải qua quá trình sắp xếp và xử lý tỉ mỉ để đảm bảo chỉ có những cốt liệu chất lượng cao, sạch và không bị nhiễm bẩn được sử dụng trong sản xuất bê tông

Sau đó, việc điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp của thiết kế bê tông cần được thực hiện một cách cẩn thận để điều chỉnh cho đúng tính chất của cốt liệu tái chế Cần chú ý kỹ lưỡng để tối ưu hóa tỷ lệ hỗn hợp để đạt được cường độ nén mong muốn, cũng như các tính chất khả năng thực hiện công việc và độ bền phù hợp

Quy trình sản xuất bê tông cần được giám sát chặt chẽ để duy trì tính nhất quán và đồng nhất trong suốt quá trình sản xuất Cần triển khai các biện pháp đảm bảo, chẳng hạn như kiểm tra và kiểm soát chất lượng thường xuyên, ở các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất để đảm bảo bê tông đáp ứng các tiêu chuẩn và thông số yêu cầu

Ngoài ra, quá trình chăm sóc và tuổi thọ cũng vô cùng quan trọng để đạt được cường độ nén và độ bền mong muốn của bê tông Cần áp dụng các kỹ thuật chăm sóc phù hợp, chẳng hạn như chăm sóc bằng nước hoặc sử dụng các chất chăm sóc, để ngăn ngừa việc khô trước thời hạn và thúc đẩy sự phát triển đủ mạnh mẽ của cường độ trong bê tông

Trong suốt quá trình xây dựng, cần thực hiện kiểm tra và giám sát liên tục các tính chất của bê tông để đảm bảo hiệu suất của nó đáp ứng yêu cầu thiết kế dự kiến Mọi sai lệch hoặc không khớp cần được khắc phục và giải quyết kịp thời để duy trì chất lượng và tính toàn vẹn của công trình bê tông

Tóm lại, quản lý chất lượng hiệu quả cho bê tông sử dụng cốt liệu tái chế đòi hỏi một phương pháp kiểm soát nghiêm ngặt và toàn diện, bao gồm việc lựa chọn vật liệu phù hợp, điều chỉnh thiết kế hỗn hợp chính xác, giám sát sản xuất chặt chẽ, áp dụng các kỹ thuật chăm sóc đúng đắn và kiểm tra và giám sát liên tục Bằng việc thực hiện những biện pháp nghiêm ngặt này, việc sử dụng cốt liệu tái chế có thể mang lại bê tông với chất lượng và hiệu suất tương đương với bê tông thông thường

2.1.1 Cường độ chịu nén của bê tông cốt liệu cũ

Tương tự như bê tông sản xuất mới, bê tông sử sụng cốt liệu cũ có thể làm việc ở những trạng thái khác nhau: nén, uốn, trượt…Trong đó bê tông cốt liệu cũ cũng làm việc ở trạng thái nén là tốt nhất Vì vậy cường độ chịu nén của bê tông cốt liệu cũ là chỉ tiêu quan trọng nhất đánh giá chất lượng bê tông sử dụng cốt liệu cũ có đảm bảo sức chịu tải của công trình hay không Do vậy nghiên cứu cường độ chịu nén của bê tông cốt liệu cũ là điều kiện tiên quyết trong việc chế tạo Theo các tiêu chuẩn đã được kiểm định về cường độ của bê tông trong xây dựng ta có thể nhận thấy:

Dựa vào cường độ chịu nén giới hạn trung bình của các mẫu bê tông hình lập phương cạnh 15cm dưỡng hộ trong vòng 28 ngày ở điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 27±2 0 C độ ẩm không khí lớn hơn 90%)

Trong quá trình cứng rắn cường độ bê tông không ngừng tăng lên Từ 7 ngày đến

14 ngày cường độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần lại và gần như theo quy luật logarit:

- Trong đó: Rn, R28 lần lượt là cường độ bê tông ở tuổi n và 28 ngày; n- tuổi bê tông (ngày)

- Nghiên cứu cường độ bê tông có chú ý cốt liệu, cũng như cấu tạo của bê tông (biểu thị độ đặc của nó)

2.1.2 Phương pháp và công thức xác định cường độ chịu nén của bê tông

- Chế tạo mẫu hoặc lấy trực tiếp mẫu từ kết cấu công trình và tác dụng trực tiếp lên mẫu cho đến khi bị phá hoại Sự xuất hiện vết nứt, sự tách lớp và biến dạng là các dấu hiệu của phá hoại

- Cường độ vật liệu được tính toán từ các kết quả thí nghiệm theo công thức tương ứng với các mẫu thí nghiệm hình lập phương cạnh 15cm)

Với: P là tải trọng phá hoại

F là diện tích mặt cắt ngang

Phương pháp phần tử hữu hạn (PHƯƠNG PHÁP PTHH)

Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu cơ khí, các chi tiết trong ô tô, máy bay, tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v, đến những bài toán của lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, thuỷ đàn hồi, khí đàn hồi, điện-từ trường v.v Với sự trợ giúp của ngành Công nghệ thông tin và hệ thống CAD, nhiều kết cấu phức tạp cũng đã được tính toán và thiết kế chi tiết một cách dễ dàng

Giả sử V là miền xác định của một đại lượng cần khảo sát nào đó (chuyển vị, ứng suất, biến dạng, nhiệt độ, v.v.) Ta chia V ra nhiều miền con v e có kích thước và bậc tự do hữu hạn Đại lượng xấp xỉ của đại lượng trên sẽ được tính trong tập hợp các miền v e

Phương pháp xấp xỉ nhờ các miền con v e được gọi là phương pháp xấp xỉ bằng các phần tử hữu hạn, nó có một số đặc điểm sau:

- Xấp xỉ nút trên mỗi miền con v e chỉ liên quan đến những biến nút gắn vào nút của v e và biên của nó,

- Các hàm xấp xỉ trong mỗi miền con v e được xây dựng sao cho chúng liên tục trên v e và phải thoả mãn các điều kiện liên tục giữa các miền con khác nhau Các miền con v e được gọi là các phần tử

Hình 2.1 Rời rạc miền tính toán

2.2.2 Nguyên lý cực tiểu hoá thế năng toàn phần

Thế năng toàn phần  của một vật thể đàn hồi là tổng của năng lượng biến dạng

U và công của ngoại lực tác dụng W:

Với vật thể đàn hồi tuyến tính thì năng lượng biến dạng trên một đơn vị thể tích được xác định bởi:  T 

Do đó năng lượng biến dạng toàn phần:

Công của ngoại lực được xác định bởi:

Thế năng toàn phần của vật thể đàn hồi sẽ là:

(2.4) Trong đó: u là véctơ chuyển vị và P i là lực tập trung tại nút i có chuyển vị là u i

2.2.3 Sơ đồ tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Một chương trình tính bằng PTHH thường gồm các khối chính sau:

Khối 1: Đọc các dữ liệu đầu vào: Các dữ liệu này bao gồm các thông tin mô tả nút và phần tử (lưới phần tử), các thông số cơ học của vật liệu (môđun đàn hồi, hệ số dẫn nhiệt ), các thông tin về tải trọng tác dụng và thông tin về liên kết của kết cấu (điều kiện biên);

Khối 2: Tính toán ma trận độ cứng phần tử k và véctơ lực nút phần tử f của mỗi phần tử;

Khối 3: Xây dựng ma trận độ cứng tổng thể K và véctơ lực nút F chung cho cả hệ

Khối 4: Áp đặt các điều kiện liên kết trên biên kết cấu, bằng cách biến đổi ma trận độ cứng K và vec tơ lực nút tổng thể F ;

Khối 5: Giải phương trình PTHH, xác định nghiệm của hệ là véctơ chuyển vị chung Q ;

Khối 6: Tính toán các đại lượng khác (ứng suất, biến dạng, gradiên nhiệt độ, v.v.) ;

Khối 7: Tổ chức lưu trữ kết quả và in kết quả, vẽ các biểu đồ, đồ thị của các đại lượng theo yêu cầu

Sơ đồ tính toán với các khối trên được biểu diễn như hình sau (Hình 2.2)

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán PTHH

Tính toán ma trận độ cứng phần tử k Tính toán véctơ lực nút phần tử f

Giải hệ phương trình KQ = F (Xác định véctơ chuyển vị nút tổng thể Q) Đọc dữ liệu đầu vào

- Các thông số cơ học của vật liệu

- Các thông số hình học của kết cấu

- Các thông số điều khiển lưới

- Thông tin ghép nối các phần tử

Xây dựng ma trận độ cứng K và véctơ lực chung F Áp đặt điều kiện biên (Biến đổi các ma trận K và vec tơ F)

Tính toán các đại lượng khác (Tính toán ứng suất, biến dạng, kiểm tra bền, v.v)

- In các kết quả mong muốn

- Vẽ các biểu đồ, đồ thị

Hình 1.3 Sơ đồ khối của chương trình PTHH

Thành phần vật liệu chế tạo bê tông

Xi măng là thành phần chất kết dính được sử dụng để liên kết các hạt cốt liệu với nhau, tạo nên cường độ cho bê tông Chất lượng và lượng xi măng là các yếu tố quan trọng quyết định đến cường độ chịu lực của bê tông Có nhiều loại xi măng có thể được sử dụng trong sản xuất bê tông, như xi măng Portland, xi măng Portland chịu sunfat, xi măng Portland chứa xỉ cao lò, xi măng Portland puzolan, xi măng Portland pha trộn, xi măng Portland ít tỏa nhiệt, và các loại khác phù hợp với các quy định

Khi sử dụng xi măng trong sản xuất bê tông, việc lựa chọn mác xi măng là rất quan trọng, bởi vì nó phải đảm bảo cho bê tông đạt được cường độ mong muốn cũng như đáp ứng yêu cầu kinh tế Nếu dùng xi măng mác thấp để sản xuất bê tông mác cao, sẽ cần sử dụng lượng xi măng lớn hơn cho 1m3 bê tông, làm cho việc này không kinh tế Ngược lại, nếu dùng xi măng mác cao để sản xuất bê tông mác thấp, lượng xi măng tính toán cho 1m3 bê tông sẽ giảm đi đáng kể, có thể không đủ để liên kết toàn bộ các hạt cốt liệu với nhau Ngoài ra, việc này có thể dẫn đến hiện tượng phân tầng của hỗn hợp bê tông, gây ra nhiều hậu quả xấu cho bê tông

Do đó, việc lựa chọn mác xi măng phù hợp là rất quan trọng trong sản xuất bê tông, nhằm đảm bảo bê tông đạt được cường độ mong muốn và đáp ứng mục tiêu kinh tế Cân nhắc tỉ mỉ trong việc chọn xi măng đúng đắn là yếu tố quan trọng để sản xuất bê tông chất lượng cao và hiệu quả về chi phí

Nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình phản ứng của xi măng, giúp tạo ra các sản phẩm thủy hoá và làm tăng cường độ của bê tông Nước cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ lưu động cần thiết để thi công bê tông dễ dàng Nước sử dụng để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lượng tốt, không gây ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và cường độ phát triển của xi măng, và không gây ăn mòn cho cốt thép

Nước được sử dụng để chế tạo bê tông nên là nước đạt tiêu chuẩn vệ sinh, chẳng hạn như nước máy hoặc nước từ nguồn giếng

Các loại nước không nên sử dụng để chế tạo bê tông bao gồm nước đọng, nước ao, nước hồ, nước cống rãnh, nước chứa dầu mỡ hoặc các chất hóa học, nước có độ pH nhỏ hơn 4 hoặc lớn hơn 12.5, và nước có chứa hợp chất hữu cơ vượt quá 15mg/l Đảm bảo sử dụng nước phù hợp trong quá trình chế tạo bê tông là rất quan trọng để duy trì chất lượng, độ bền và cường độ mong muốn của bê tông Sử dụng nước không phù hợp có thể làm ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của bê tông, gây ra các vấn đề về cấu trúc và suy giảm theo thời gian

Cát là một thành phần quan trọng trong quá trình chế tạo bê tông, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành vữa xi măng, một mật độ tổng hợp chất kết dính, để lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt cốt liệu lớn như đá và sỏi Bằng cách này, cát bảo vệ các hạt cốt liệu lớn và giữ chúng lại, hình thành khối bê tông chắc chắn và bền vững

Cát dùng trong chế tạo bê tông có thể là cát tự nhiên được khai thác từ các nguồn tự nhiên như sông, hồ, hay biển, hoặc cát nhân tạo được sản xuất từ quá trình chế biến đá, sỏi, hoặc các tạp chất khác Kích thước hạt cát thường nằm trong khoảng từ 0,14mm đến 5mm, đáp ứng các tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật cần thiết để đảm bảo chất lượng bê tông

Chất lượng của cát có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và tính chất của bê tông Một cát tốt phải có thành phần hạt hợp lý, ít tạp chất và độ lớn hạt phù hợp Các thành phần hạt cát ảnh hưởng trực tiếp đến độ rỗng của bê tông, tức là khoảng trống giữa các hạt cốt liệu Nếu cát có thành phần hạt tốt, độ rỗng của bê tông sẽ giảm, giúp giảm lượng xi măng cần sử dụng và đồng thời tăng cường độ cứng và cường độ chịu lực của bê tông

Việc chọn cát phù hợp và có chất lượng tốt trong chế tạo bê tông đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính đồng nhất và độ bền của bê tông Cát chất lượng kém có thể làm giảm hiệu suất và độ bền của bê tông, gây ra các vấn đề về cấu trúc và sự suy giảm theo thời gian Để đạt được bê tông chất lượng cao và đáp ứng yêu cầu thiết kế, việc sử dụng cát chất lượng cao và tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật là điều cần thiết và không thể thiếu

2.3.4 Đá (sỏi) Đá và sỏi được sử dụng làm cốt liệu lớn trong quá trình chế tạo bê tông, và chúng có kích thước hạt từ 5mm đến 70mm Chức năng chính của đá và sỏi là tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông, cung cấp sự cứng vững và ổn định cho cấu trúc

Sỏi có một số đặc điểm quan trọng Với hạt tròn nhẵn, độ rỗng và diện tích mặt ngoài nhỏ, sỏi yêu cầu ít nước trong quá trình thi công Điều này giúp tiết kiệm chi phí và hạn chế hiện tượng bong tróc và rạn nứt trong bê tông Bên cạnh đó, sỏi dễ dàng đầm và đổ, giúp quá trình thi công trở nên thuận tiện và nhanh chóng Tuy nhiên, lực dính giữa sỏi với vữa xi măng không cao, dẫn đến cường độ của bê tông sử dụng sỏi thường thấp hơn so với bê tông dùng đá dăm

Ngoài đá dăm và sỏi, một lựa chọn khác trong quá trình chế tạo bê tông là sỏi dăm Sỏi dăm cũng có kích thước lớn tương tự như đá và sỏi, và chúng có thể thay thế một phần cốt liệu lớn khác trong bê tông Sỏi dăm cung cấp tính chất cơ học và tính năng tương tự như sỏi, giúp bê tông đạt được cường độ và độ bền mong muốn

Trong công nghệ chế tạo bê tông hiện nay, phụ gia được sử dụng khá phổ biến Phụ gia thường sử dụng có 2 loại: Loại rắn nhanh và loại hoạt động bề mặt

Phụ gia rắn nhanh thường là các loại muối gốc clo (ví dụ CaCl2, NaCl, FeCl3 ) hoặc là hỗn hợp của chúng Do làm tăng nhanh quá trình thủy hóa mà phụ gia rắn nhanh có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện của bê tông trong điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông sau khi bảo dưỡng nhiệt và ở tuổi 28 ngày

Phụ gia hoạt động bề mặt mặc dù chỉ sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính dẻo của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông như tăng cường độ chịu lực, tăng khả năng chống thấm v.v Trong đa số các trường hợp phụ gia dẻo và siêu dẻo là polime tổng hợp: các dẫn xuất của nhựa melamin hoặc của axit naftalin sunforic và các loại khác Chúng nhận được trên cơ sở của sản phẩm phụ của quá trình tổng hợp hoá học Ngoài ra trong công nghệ bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng- hỗn hợp của phụ gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt.

Mô phỏng cấu kiện cột chịu nén bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)

Chương trình DIANA– phiên bản 10.5 được dùng để mô phỏng sự làm việc của cột chịu nén với các khoảng cách đai khác nhau DIANA là một phần mềm phần tử hữu hạn dựa trên phương pháp chuyển vị để phân tích phi tuyến kết cấu bê tông, nó được phát triển từ năm 1972 bởi Delft University of Technology tại Hà Lan

2.4.1 Mô hình vật liệu bê tông (DIANA)

Trong phần mềm DIANA, ứng xử của vật liệu bê tông được đặc trưng bởi sự nứt do kéo và vỡ do nén, chảy dẻo của cốt thép Các mô hình ứng xử của vật liệu bê tông được cài đặt sẵn trong phần mềm Mô hình “vết nứt theo biến dạng tổng” được áp dụng cho luận văn này Phương pháp biến dạng tổng được sử dụng với vết nứt cố định, nghĩa là, hướng vết nứt được cố định sau khi bắt đầu vết nứt Đối với phương pháp này, một đường cong ứng suất -biến dạng trong vùng chịu nén và kéo được sử dụng Mô hình vật liệu dựa trên biến dạng tổng được phát triển theo “Lý thuyết trường nén biến đổi”, ban đầu được đề xuất bởi Vecchio và Collins Sự mở rộng ba chiều của lý thuyết này đã được đề xuất bởi Selby và Vecchio

Mô hình vết nứt trong bê tông

Mô hình vết nứt phân tán được định nghĩa thông qua sự kết hợp của ba yếu tố: tiêu chuẩn phá hoại (hằng số hay tuyến tính), sự chuyển cắt qua vết nứt (toàn bộ, hằng số hay là biến số) và ứng xử mềm hóa của vật liệu (giòn, tuyến tính, đa tuyến tính hay phi tuyến) Để tạo khả năng kết hợp của mô hình vết nứt với ứng xử dẻo của vật liệu, biến dạng tổng , được tách thành 2 phần, một là biến dạng đàn hồi,  e , hai là biến dạng nứt  cr Trong định nghĩa của mô hình cơ bản, tiêu chuẩn để bắt đầu một vết nứt mới và mối quan hệ ứng suất – biến dạng cần phải được thiết lập Để bắt đầu một vết nứt, cần có hai yêu cầu sau: ứng suất chính phải lớn hơn ứng suất giới hạn, và trong trường hợp có một vết nứt trước đó, góc giửa vết nứt hiện hữu và ứng suất kéo chính phải lớn hơn góc vết nứt ban đầu Về mô hình ứng suất biến dạng, mối quan hệ ứng suất- biến dạng trong hướng vuông góc với vết nứt được biểu thị bởi:

Trong đó ft là cường độ kéo của bê tông, và biến y là hàm đặc trưng cho biểu đồ mềm hóa của vật liệu Biến dạng giới hạn ult được giả định là hằng số, có thể tính được từ cường độ kéo bê tông ft, năng lượng phá hủy Gf và diện tích phần tử (được đặc trưng bởi chiều dài tương đương h):

Năng lượng phá hủy Gf được tính toán bằng 2 cách: cách đầu tiên dựa vào mô hình CEB-FIP và cách thứ hai dựa vào quy luật của nhánh mềm hóa và nhánh tái bền của bê tông Khả năng khác được dùng trong quy luật hóa mềm-tái bền với mô hình lưu biến trong lý thuyết dẻo Trong số các mô hình vết nứt phân tán có sẵn trong

DIANA, có các mô hình sau: cố định, đa chiều và mô hình xoay Trong luận văn này, chỉ mô hình vết nứt phân tán đa chiều được sử dụng

Mô hình vết nứt phân tán đa chiều được biết đến như ứng xử trung gian giữa mô hình cố định và mô hình xoay Mô hình này cho phép có nhiều vết nứt đi qua cùng 1 điểm và căn cứ vào tham số gọi là “góc giới hạn”, ta có thể thu được mô hình cố định hoặc mô hình xoay Tham số này mô tả góc giữa vết nứt có sẵn và một vết nứt khác được hình thành tại cùng một điểm và giá trị tiêu chuẩn của nó là 60 0 Nếu tham số này được thay đổi thành 90 0 thì ta thu được mô hình cố định, nếu thay đổi đến 0 0 thì ta thu được mô hình xoay

Trong luận văn này, sử dụng tham số tiêu chuẩn định nghĩa trong DIANA Mô hình vết nứt phân tán đa chiều cho thấy một vài sự khác nhau trong mối quan hệ đến mô hình cố định, một trong số đó là: Các mô hình bê tông khác nhau cho ứng suất kéo, phương án có gia tăng hay không độ cứng theo phương ngang và khả năng sử dụng mô hình ứng suất biến dạng có nguồn gốc từ lý thuyết dẻo Ứng xử của bê tông chịu ứng suất kéo có thê được định nghĩa bằng 2 hình thức khác nhau: hằng số và tuyến tính

Hằng số : thừa nhận giá trị độ bền chịu kéo là hằng số và xem một vết nứt bắt đầu xuất hiện nếu ứng suất kéo chính lớn nhất lớn hơn độ bền chịu kéo của bê tông

Tuyến tính : thừa nhận biến thiên tuyến tính và xem một vết nứt mới bắt đầu xuất hiện nếu ứng suất kéo chính lớn hơn giá trị nhỏ nhất giữa ft và ft(1+lateral/fc), trong đó

lateral là ứng suất ngang chính và fc là độ bền chịu nén của bê tông

Trong mô hình vết nứt phân tán, tham số  được sử dụng, đây là tham số giảm độ cứng theo phương ngang của vật liệu được gọi là “ hệ số lực cắt dự trữ” Do đó độ cứng chống cắt có thể được trình bày như sau: sec 1

− (2.9) Tham số  có giá trị từ 0 đến 1 Khi giá trị này tiến tới 0, độ cứng chống cắt của bê tông đạt được là rất nhỏ và trong trường hợp ngược lại, khi giá trị này bằng 1, độ cứng chống cắt bằng vô hạn và nó sẽ ngăn cản sự hình thành vết nứt theo hướng này Trong mô hình vết nứt phân tán đa chiều có thể sử dụng tiêu chuẩn dẻo cho vật liệu như: Tresca, von Mises, Mohr-Coulomb hoặc Drucker-Prager, và có thể chọn ứng xử kéo của bê tông có nhánh giảm bền Một số các quy tắc làm mềm khác nhau của các vật liệu có sẵn trong DIANA là: giòn, tuyến tính, phi tuyến được đề nghị bởi Moelands-Reinhardt và Hordijk (Hình 2.3)

(Nguồn: TNO DIANA BV, DIANA Finite Element Analysis User’s Manual Release)

Hình 2.3 Mô hình bê tông chịu kéo Ứng xử giòn được đặc trưng bởi sự giảm của ứng suất tổng sau khi đạt đến tiêu chuẩn phá hủy Ứng xử này có thể được mô tả bằng biểu thức sau đây:

=  →    (2.10) Trong trường hợp mô hình mềm tuyến tính, quan hệ ứng suất biến dạng trong vết nứt được định nghĩa theo biểu thức sau:

0 cr cr cr cr utl utl t cr utl f

Hai mô hình phi tuyến khác vẫn có thể áp dụng được Mô hình mềm hóa của Moelands-Reinhardt sử dụng quan hệ phi tuyến giữa ứng suất và biến dạng được trình bày trong phương trình sau đây với hệ số c1 được lấy với giá trị không đổi là 0.31:

0 cr c cr cr cr utl utl t cr utl f

Một mô hình phi tuyến khác được đưa ra trong DIANA là mô hình của Hordijk, nó sử dụng quan hệ hàm số mũ giữa ứng suất pháp chịu kéo và biến dạng, với hệ số c1 và c2 được lấy giá trị tương ứng là 3.0 và 6.93 theo phương trình sau:

0 cr cr cr cr cr cr utl utl utl utl t cr utl c c c f

NGHIÊN CỨU SO SÁNH MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU NÉN CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ

Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu nén của cột BTCT

Thực hiện thí nghiệm với 03 tổ hợp gồm 09 mẫu cột bê tông cốt thép, mẫu hình vuông (3 tổ hợp mẫu cột có cốt thép đai với khoảng cách bố trí đai 55mm, 75mm và 95mm)

- Cường độ bê tông: Cấp độ bền bê tông dùng để kiểm tra là M300, trong đó sử dụng bê tông chứa 25% cốt liệu cũ

- Khoảng cách cốt đai s: Khoảng cách giữa các cốt đai kiểm tra là 55mm, 75mm và 95mm

Bắt đầu đổ các mẫu thí nghiệm với nhóm bê tông có cường độ M300 với bê tông chứa 25% cốt liệu cũ Đánh dấu các mẫu để quá trình thí nghiệm nén và thống kê kết quả không bị nhầm lẫn Bảo dưỡng đúng theo quy định để bê tông đạt được cường độ nhất định Tiến hành thí nghiệm nén mẫu với các mẫu bê tông hình trụ được bố trí thép đai 55mm, 75mm và 95mm Sau khi xác định khả năng chịu nén của các mẫu, tiến hành thống kê số liệu từ những kết quả thí nghiệm, đưa ra biểu đồ thể hiện số liệu thống kê và đánh giá kết quả thí nghiệm thông qua các biểu đồ Từ đó rút ra nhận xét chung về hiệu quả chống nở ngang của cốt đai

Tất cả các cột thí nghiệm có mặt cắt tiết diện vuông với kích thước mặt cắt ngang giống nhau (150x150mm) Cốt thép dùng dạng đai vuông rời 𝜙6 Chi tiết các mẫu được cho trong bảng sau:

Hình 3.1 Chi tiết các mẫu bố trí cốt đai với s = 95mm, 75mm và 35mm

Kích thước đã chọn phù hợp với giá trị tải trọng, khung gia tải và hệ lò xo Với chiều cao mẫu 300mm đủ để đo biến dạng với khoảng cách đo đảm bảo không chịu ảnh hưởng lực nén cục bộ từ hai đầu mẫu

- Vật liệu: Bê tông có cường độ M300 với 25% bê tông chứa cốt liệu cũ Đây là cấp độ bền thường được sử dụng trong các công trình Tuy nhiên có thể chọn cấp độ bền cao hơn để phù hợp với công trình cao tầng, siêu cao tầng, nhưng điều đó sẽ khó khăn trong việc chế tạo độ cứng lò xo bù tải Để đảm bảo độ tin cậy, tính đa dạng và kiểm nghiệm được sự ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép dọc đến biến dạng, cần chọn mẫu có hai loại hàm lượng cốt thép khác nhau là 1,5% và 2%

- Số lượng mẫu: Chọn số lượng mẫu đủ lớn để có được số liệu thí nghiệm đảm bảo độ tin cậy Theo các thí nghiệm về đo cường độ và đo mô đun đàn hồi của bê tông thì 1 tổ hợp mẫu gồm có 3 mẫu

Hình 3.2 Công tác cốt thép chuẩn bị đổ mẫu

Hình 3.3 Công tác ván khuôn chuẩn bị đổ mẫu

Hình 3.4 Công tác mài phẳng mặt cốt thép và vệ sinh bề mặt

Hình 3.5 Công tác dùng keo chuyên dụng phủ lên bề mặt SG

Hình 3.6 Công tác dán SG vào cốt đai

Hình 3.7 Công tác dán SG vào cốt dọc

Bê tông cốt thép là vật liệu không đồng chất, và để đảm bảo tính bao quát trên tiết diện đã bố trí các điểm đo cho một mẫu thử Như vậy, mỗi mẫu thử được bố trí 2 điểm đo biến dạng bê tông và 2 điểm đo biến dạng cốt thép Số lượng phép đo này là đủ lớn để đảm bảo độ tin cậy trong thí nghiệm đo biến dạng kết cấu bê tông cốt thép

Hình 3.8 Công tác hàn dây tín hiệu vào SG

Hình 3.9 Công tác phủ lớp silicon chuyên dụng chống nước

Sau khi lồng thép đã hoàn thiện, các lồng thép được đặt vào khuôn đúc mẫu đã được gia công trước theo đúng kích thước thiết kế

Bảng 3.1 Bảng cấp phối bê tông M300

TL thay đổi cốt liệu đá

Xi măng Cát Đá Cốt liệu cũ Nước Độ sụt

(kg) (kg) (kg) (kg) (lít) (cm)

Các cấp phối sử dụng trong thí nghiệm được đúc và thử cường độ trước để đảm bảo cường độ bê tông thực tế gần với cường độ bê tông thiết kế nhất Công tác cân đo khối lượng các thành phần cấp phối được thực hiện dưới sự kiểm soát

Dùng búa gõ nhẹ xung quanh thành khuôn cho nước xi măng chảy đều tránh rổ mặt khi tháo khuôn Dùng bay xoa phẳng mặt khuôn Ghi nhãn (hạng mục, ký hiệu mẫu, ngày đúc, mác, người đúc) và đem dưỡng hộ Mẫu sau khi dưỡng hộ đủ ngày sẽ làm thí nghiệm nén, mặt chịu nén phải là mặt tiếp xúc với thành khuôn Các mẫu thí nghiệm trong quá trình đổ và sau khi đổ bê tông được thể hiện như hình 3.10 và hình 3.14

Hình 3.10 Công tác đổ mẫu cột

Hình 3.11 Tháo khuôn cột và bảo dưỡng 28 ngày

Hình 3.12 Vệ sinh mài mặt phẳng mẫu

Sau khi mẫu thí nghiệm đủ ngày tuổi, ta tiến hành lắp đặt các cảm biến đo biến dạng (Straingauge) trên thân cột để đo biến dạng

Hình 3.13 Vận chuyển mẫu về phòng thí nghiệm và dán SG bê tông

Tiến hành lắp đặt các cảm biến đo biến dạng (Straingauge) trên dầm bê tông Lấy giấy nhám làm sạch bề mặt, dùng cồn 90 o vệ sinh bề mặt bê tông, dán Straingauge vào vùng bê tông đã được vệ sinh và cuối cùng hàn nối dây tín hiệu vào đầu Straingauge

Hình 3.14 Cảm biến đo biến dạng (Straingauge) trên mẫu thí nghiệm

3.1.3 Thiết bị và dụng cụ dùng để thu nhận dữ liệu

Sử dụng các đồ hồ đo đặt ở trong mẫu thí nghiệm (Đo cốt thép) và ở bề mặt ngoài mẫu thí nghiệm Để tạo được tải trọng tác dụng lên mẫu đã sử dụng các dụng cụ, thiết bị sau đây (Hình 3.15):

- Hệ khung gia tải Hệ này có chức năng cố định mẫu, gia tải và duy trì tải trọng trong quá trình thí nghiệm Trong quá trình thí nghiệm tải trọng sẽ bị suy giảm do biến dạng của mẫu Khi đó lò xo sẽ bù lại tải trọng để đảm bảo giá trị tải trọng tác dụng không đổi lên mẫu

- Bơm thủy lực: Bơm có chức năng gia tải ban đầu và bù tải trọng trong quá trình thí nghiệm khi giá trị tải trọng bị suy giảm vượt quá mức đã qui định

Hình 3.15 Các thiết bị, dụng cụ cho thí nghiệm

Bố trí đồng hồ đo biến dạng

- Trên chu vi tiết diện mẫu bố trí các điểm đo cách đều nhau

- Tại thời điểm bất kì biến dạng bê tông luôn bằng biến dạng cốt thép Do vậy cần bố trí 1 điểm đo biến dạng cho cốt thép để so sánh

- Chọn khoảng đo 150 mm cho thép trên chiều dài mẫu 300 mm Chọn điểm đo cách 2 đầu mẫu là 150 mm

Với khoảng đo 100 mm, lắp đồng hồ có độ chính xác 1/100 đối với mẫu chịu tải, 1/1000 đối với mẫu không tải

Chọn cột BTCT chịu nén đúng tâm với thí nghiệm phá hoại mẫu (hình 3.16)

Hình 3.16 Mẫu nén trên hệ khung gia tải Để đảm bảo lực tác dụng đúng tâm lên mẫu thì phải thực hiện:

- Vật liệu chế tạo khung gia tải phải giống nhau

- Mẫu trước khi đưa vào thí nghiệm cần phải được gia công làm phẳng hai đầu Mặt phẳng hai đầu mẫu phải vuông góc với trục mẫu, nếu lệch thì không được quá lớn

- Điểm đặt lực tác dụng lên mẫu vào đúng tâm tiết diện tròn Hai đầu mẫu đặt thêm tấm đệm bằng thép

Khi bê tông đủ cường độ, quá trình thí nghiệm nén các mẫu cột được thực hiện Quy trình cơ bản gồm các bước sau:

Kết quả thí nghiệm

3.2.1 Hình thái phá hoại của mẫu thử

Hình thái phá hoại của các mẫu thử được trình bày trong Bảng 3.2

Lực nén phá hoại và biến dạng của cốt thép, bê tông được ghi nhận nhờ các cảm biến đo biến dạng (Straingauges) được trình bày như Bảng 3.3

Bảng 3.2 Dạng phá hoại của các nhóm mẫu thí nghiệm

Bảng 3.3 Bảng giá trị lực nén, biến dạng của bê tông + cốt thép mẫu bê tông sử dụng

25% cốt liệu cũ với khoảng cách đai 55mm, 75mm và 95mm

Biến dạng cốt thép đai

Biến dạng cốt thép dọc

Biến dạng bê tông ngang

Biến dạng bê tông dọc

Cốt đai aUmm cốt liệu cũ 25%

Cốt đai aumm cốt liệu cũ 25%

Cốt đai amm cốt liệu cũ 25%

3.2.2 Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa lực và biến dạng

Quan hệ giữa lực và biến dạng đối với mẫu bê tông sử dụng 25% cốt liệu cũ với khoảng cách đai 55mm

Hình 3.17 Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cốt thép đai

Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cốt thép dọc

Biến dạng của thép, SG1

Biến dạng của cốt thép, SG2

Hình 3.19 Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng bê tông ngang

Hình 3.20 Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng bê tông dọc

Biến dạng của bê tông, SG3

Biến dạng cốt thép, SG1

Biến dạng cốt thép, SG2

Mô phỏng cấu kiện cột chịu nén bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)

Chương trình DIANA– phiên bản 10.5 được dùng để mô phỏng sự làm việc của cột chịu nén với các khoảng cách đai khác nhau DIANA là một phần mềm phần tử hữu hạn dựa trên phương pháp chuyển vị để phân tích phi tuyến kết cấu bê tông, nó được phát triển từ năm 1972 bởi Delft University of Technology tại Hà Lan

Thông số mô hình hình học được cho trong Bảng 3.4

Bảng 3.4 Thông số hình học mô hình PTHH

Mẫu Kích thước cột Cốt thép

Cao (mm) ỉ thộp đai (mm) ỉ thộp dọc (mm)

Do tớnh đối xứng, mụ hỡnh ẵ cột BTCT được xõy dựng

Cốt thép với khoảng cách đai khác nhau được mô hình bởi các Line , thể hiện trong Hình 3.29

Hình 3.29 Mô hình cốt thép

Cột bê tông và tấm thép gia tải được mô hình bởi các khối Block (Hình 3.30)

Hình 3.30 Mô hình cột và tấm thép

Các thông số vật liệu dùng mô phỏng được cho trong Bảng 3.5

Bảng 3.5 Thông số vật liệu PTHH

Mô hình PTHH sau khi được chia lưới thể hiện trong Hình 3.31

Hình 3.31 Mô hình PTHH sau khi chia lưới Điều kiện biên và tải trọng ĐKB và tải trọng được thể hiện trên Hình 3.32 ĐKB đối xứng (Uy = 0) được áp tại mặt phẳng đối xứng của mô hình Mặt dưới tấm thép dưới được ngàm (Ux=Uy=0) Tải chuyển vị được đặt tại node chính giữa mô hình (thuộc tấm thép trên) để mô phỏng quá trình nén cột

Hình 3.32 Điều kiện biên và tải trọng

So sánh kết quả thí nghiệm và mô phỏng nén mẫu

3.4.1 So sánh hình thái phá hoại của mẫu

So sánh hình thái phá hoại của mẫu được cho trong Bảng 3.6

Bảng 3.6 So sánh thí nghiệm và mô phỏng hình thái phá hoại của mẫu Mẫu Hình thái vết nứt - Thí nghiệm Hình thái vết nứt - DIANA

Nhận xét: Theo bảng 3.6, khi khoảng cách cốt đai càng xa thì mức độ phá hoại của cột càng lớn Khoảng cách đai càng lớn thì xu hướng phá hủy tại vị trí tâm cột càng tăng Mô hình PTHH có khả năng mô tả hình thái phá hoại của mẫu phù hợp với thí nghiệm

3.4.2 So sánh lực nén trung bình khi phá hoại

Trong bài toán mô phỏng, khi quá trình giải kết thúc do kết quả không hội tụ, ta coi như cột bị phá hủy Kết quả phản lực theo phương z được xem là lực lực nén phá hoại So sánh lực nén trung bình khi phá hoại của mẫu giữa thí nghiệm và mô phỏng được cho trong Bảng 3.7

Bảng 3.7 Bảng giá trị trung bình lực nén thí nghiệm và mô phỏng

Mẫu TN Lực nén mẫu (kN)

Hình 3.33 So sánh giá trị lực nén trung bình trường hợp mẫu bê tông sử dụng 25% cốt liệu cũ với khoảng cách đai 55mm, 75mm và 95mm

Sai số kết quả lực nén trung bình giữa thí nghiệm và mô phỏng từ 2% đến 6%

Dựa vào biểu đồ hình 3.33 ta thấy khi cốt đai bố trí càng thưa thì cường độ chịu nén của mẫu cột bê tông được càng giảm xuống

Cường độ của mẫu khi sử dụng vật liệu có 25% cốt liệu cũ khi bố trí cốt đai càng thưa thì khả năng phá thoại mẫu giảm

➢ Mẫu bố trí cốt đai ∅6mm với khoảng cách a = 75 mm thì khả năng chịu lực trung bình của các mẫu giảm xuống 4.73% so với mẫu bố trí đai a = 55 mm

➢ Mẫu bố trí cốt đai ∅6mm với khoảng cách a = 95 mm thì khả năng chịu lực trung bình của các mẫu giảm xuống 12.07% so với mẫu bố trí đai a = 55 mm

3.4.3 So sánh biến dạng dọc của bê tông

So sánh biến dạng dọc của của mẫu được cho trong Bảng 3.8

Bảng 3.8 Bảng giá trị biến dạng dọc của mẫu thí nghiệm và mô phỏng

Biến dạng bê tông dọc

Hình 3.34 So sánh kết quả thí nghiệm và mô phỏng biến dạng bê tông dọc trung bình mẫu CV4-S55

BĐ QUAN HỆ LỰC-BD BÊ TÔNG DỌC (CV4-s55)

BĐ BD BÊ TÔNG DỌC

Hình 3.37 So sánh kết quả thí nghiệm và mô phỏng biến dạng bê tông dọc trung bình mẫu bê tông với khoảng cách đai 55mm, 75mm và 95mm

Sai số kết quả biến dạng bê tông dọc giữa thí nghiệm và mô phỏng từ 11% đến 18%

Dựa vào biểu đồ hình 3.37 ta thấy khi cốt đai bố trí càng thưa thì biến dạng bê tông dọc của mẫu cột bê tông sẽ tăng lên

Mẫu khi sử dụng vật liệu có 25% cốt liệu cũ khi bố trí cốt đai càng thưa thì khả năng biến dạng bê tông dọc của mẫu càng tăng

➢ Mẫu bố trí cốt đai ∅6mm với khoảng cách a = 75 mm thì khả năng biến dạng bê tông dọc trung bình của các mẫu được tăng lên 7.67% so với mẫu bố trí đai a 55 mm

Mẫu bố trí cốt đai ∅6mm với khoảng cách a = 95 mm thì khả năng biến dạng bê tông dọc trung bình của các mẫu được tăng lên 10.52% so với mẫu bố trí đai a = 55 mm.

Tóm tắt chương 3 66 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ

Trong nghiên cứu này, tác giả tiến hành so sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm đánh giá khả năng chịu nén của cột bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế

Kết quả của các thí nghiệm thực nghiệm và mô phỏng được so sánh để đánh giá tính chính xác của mô hình phần tử hữu hạn Các thông số như lực nén trung bình khi phá hoại và biến dạng dọc của bê tông cũng được so sánh để kiểm tra sự tương đồng giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng

Nghiên cứu cũng tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách cốt đai đến khả năng chịu nén của cột Kết quả cho thấy khi khoảng cách cốt đai càng xa, mức độ phá hoại của cột càng lớn và xu hướng phá hủy tại vị trí tâm cột càng tăng

Dựa trên các kết quả, tác giả kết luận rằng mô hình phần tử hữu hạn được sử dụng trong nghiên cứu này có khả năng mô tả hình thái phá hoại của mẫu thử phù hợp với kết quả thực nghiệm Điều này cung cấp một cơ sở lý thuyết và thực tiễn hữu ích để đánh giá khả năng chịu nén của cột bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế và tối ưu hóa thiết kế cấu kiện trong các công trình xây dựng

Luận văn đã đạt được mục tiêu đề ra là xem xét cơ chế phá hoại của cột bê tông cốt thép có bố trí cốt đai vuông với khoảng cách đai là 55mm, 75mm và 95mm có 25% cốt liệu cũ thông qua thí nghiệm và mô phỏng bằng PTHH

Kết quả mô phỏng đã thể hiện được hình thái phá hoại của mẫu phù hợp với thí nghiệm Kết quả lực nén trung bình từ mô phỏng cao hơn 2-6% so với thí nghiệm Kết quả lực biến dạng dọc của bê tông từ mô phỏng cao hơn 11-18% so với thí nghiệm

Khi bê tông bị kiềm chế nở ngang, cường độ giảm xuống và biến dạng tăng lên khi bố trí khoảng cách cốt đai tăng dần từ 55mm, 75mm và 95mm Trong tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5574:2018 chưa đề cập cụ thể đến sự tăng cường độ của bê tông bị kiềm chế nở ngang

Vì bê tông có sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ nên phải bảo dưỡng tốt hơn so với bê tông bình thường khi đưa vào áp dụng thi công thực tế

Với kết quả thí nghiệm sử dụng các mẫu được bố trí cốt đai vuông có 25% cốt liệu cũ cho thấy khi cốt đai bố trí khác nhau thì cường độ chịu nén, biến dạng của mẫu cột bê tông có những đặc điểm:

➢ Cường độ của mẫu khi sử dụng vật liệu có 25% cốt liệu cũ khi bố trí cốt đai càng thưa thì khả năng phá thoại mẫu giảm

➢ Mẫu khi sử dụng vật liệu có 25% cốt liệu cũ khi bố trí cốt đai càng thưa thì khả năng biến dạng cốt thép đai của mẫu càng tăng

➢ Mẫu khi sử dụng vật liệu có 25% cốt liệu cũ khi bố trí cốt đai càng thưa thì khả năng biến dạng cốt thép dọc của mẫu càng tăng

➢ Mẫu khi sử dụng vật liệu có 25% cốt liệu cũ khi bố trí cốt đai càng thưa thì khả năng biến dạng bê tông ngang của mẫu càng tăng

➢ Mẫu khi sử dụng vật liệu có 25% cốt liệu cũ khi bố trí cốt đai càng thưa thì khả năng biến dạng bê tông dọc của mẫu càng tăng

Từ cấp phối bê tông có sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ, cần tiến hành nghiên cứu thêm các cấp phối bê tông cũ với tỉ lệ 50%, 75% để so sánh với tỉ lệ 25% bê tông cũ từ đó rút ra biểu đồ tỉ lệ đóng góp của bê tông cũ trong cấp phối bê tông xây dựng

Tiến hành nghiên cứu cấp phối bê tông cũ mẫu hình trụ tròn đai xoắn để so sánh với mẫu trụ vuông để từ đó đánh giá khả năng của cốt liệu cũ trong cấp phối bê tông Khảo sát thêm các mô hình vật liệu bê tông và nghiên cứu độ nhạy của tham số trong mô hình PTHH để kết quả mô phỏng chính xác hơn

[1] Chu Quốc Thắng (1997), Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn, NXB Khoa học và Kỹ thuật

[2] Phan Quang Minh (chủ biên); Ngô Thế Phong; Nguyễn Đình Cống (2011), Kết cấu bê tông cốt thép-Phần cấu kiện cơ bản, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội

[3] Nguyễn Đình Cống (2006), Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội

[4] Trịnh Quang Vinh (chủ biên), Phạm Đức Cương, Trần Đức Thành (2013), Giáo trình kỹ thuật thi công xây dụng, NXB Xây Dựng, Hà Nội

[5] TCVN 7570:2006 về Cốt liệu cho bê tông và vữa (yêu cầu kỹ thuật)

[6] TCVN 7572-1:2006 về Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 1: Lấy mẫu do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành

[7] TCVN 3105:1993 về Hỗn hợp bê tông và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử

[8] TCVN 3106:1993 về Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt

[9] TCVN 3118:1993 về Bê tông nặng - phương pháp xác định cường độ nén

[10] TCVN 5574:2018, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép-Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội

[11] American Society for Testing and Materials International (2015) –ASTM E178-

15, Standard Practice for Dealing With Outlying Observations

[12] American Society for Testing and Materials International (2015) –ASTM C670-

15, Standard Practice for Preparing Precision and Bias Statements for Test Methods for Construction Materials

[13] Annisa Dewanti Putri (2017), Recycled concrete aggregate (RCA) for the use in construction: general review, Civil Engineering Department, Beijing Jiaotong University

Tiêu đề	Nghiên cứu so sánh mô phỏng và thực nghiệm đánh giá khả năng chịu nén của cột bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế
Tác giả	Lê Văn Hiệp
Người hướng dẫn	TS. Lê Đức Hiển
Trường học	Trường Đại học Lạc Hồng
Chuyên ngành	Kỹ thuật Xây dựng
Thể loại	Luận văn Thạc sĩ
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Đồng Nai

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	2,65 MB