Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Sử dụng bê tông cốt sợi Polymer dùng cho kết cấu cánh cống lấy nước

TÍNH CÁP THIẾT CỦA ĐÈ TÀI Trong công trình xây dựng nói chung, bê tông là loại vật liệu được sử dụng với khối lượng rất lớn, chiếm trên 60% khối lượng các kết cấu công trình.. Trong điều

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bồ trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Dũng

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, co quan và bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sĩ : “Sir dụng bê tông cốt sợi Polyme dùng cho kết cấu cánh cống lấy nước” đã được hoàn thành.

Tac giả xin bay tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với Ban giám hiệu, các thầy cô Khoa Đại học

và sau Đại học, Khoa công trình trường Đại học Thuỷ lợi; Bộ môn Vật liệu xây dựng —

Trường Đại học Thủy lợi đã giảng dạy, giúp đỡ nhiệt tình trong suốt quá trình học tập

và thực hiện luận văn này Đồng thời tác giả cũng xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn, chỉ dẫn giúp đỡ tận tình của PGS.TS Hoàng Phó Uyên, TS Nguyễn Quang Bình.

Tác giả chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Trong khuôn khổ Luận văn Thạc sĩ, do hạn chế về điều kiện thời gian và trình độ nên chắc chắn không tránh khỏi những tồn tại, hạn chế Tác giả mong nhận được sự chỉ

bảo của các thầy cô giáo và bạn bè, đồng nghiệp Những điều đó sẽ giúp ích rất nhiều

cho cá nhân tác giả trong việc hoàn thiện và phát triển nghề nghiệp của bản thân trong

quá trình công tác.

Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Dũng

il

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 52-55222221 E1 71221121121121211 2111111211 11.111 11.10111111 1Enrree 1

1 TINH CAP THIET CUA DE TAL oc ccscsssesssssesssesssessssssssssecssessssesecssessuessssesecssecsseeseseses 1

2 MỤC DICH CUA DE TÀI 2 2 + ©E£+E££EE£EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEE2E17121.211 1111, 2

3 PHAM VI NGHIÊN CỨU -2- 2£ +¿+2£+EE£+EE£+EE+EEEEEEESEEEEEEEEEEEEECEEkrrrkrrkrerkee 2

4 NỘI DUNG NGHIÊN CUU - + 2 ©©£+2£+EE+EE£EEEEEEEE£EEEEEEEEEEEEEEECEEErrkrrkrrreee 2

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 2 2 2£ +E£+E£+E££EE£EEEEEEEEEEErEzEEvrkrrkerrree 2

1.1 Tổng quan về bê tông CỐt SỢI 2-2 2£ ©S£+SE2EE£EE9EEE2EE2EEEEE21121171712211 11x ExeeU 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTCS trên thé giới -¿-c5¿ 4 1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu BTCS trên Thế giới ¿ 22 5+22+¿2+2s++zxz+zxe2 4 1.1.2.2 Tình hình ứng dụng BTCS trên Thế giới -2¿©22©++c+£x+2z++zzrxzscez 5

1.1.3.1 Tình hình nghiên cứu BTCS tại Việt Nam ce ccceseeseesseeseeeeeeseeeseeeseeneeeseees 8

1.1.4 Một số ưu nhược điểm của BTCS 55c cStttExvttttkttrrtrrrrrtrrtrrrrrrree 9

1.2 Cơ sở khoa học của việc sử dụng cốt sợi trong bê tÔng - cccscssssereereeeres 9

1.2.1 Vai trò của sợi trong việc nâng cao tính chất cơ học trong bê tông 12

1.2.2 Vai trò của sợi trong việc hạn ChE TIỨT 56-5 SE EESEEEEEEEEEEESEEEEEErrkrrrkrrres 15

1.3 Tông quan về các loại cửa Van 2:-22-©522S222E2EEEEEE2EE2EE2EE2231221 22121 re 18 1.3.1 Câu tạo chung của cửa Van ¿55c ©5+ 2 222E2EE2211221127112112112111221211 21 1e 18

1H

1.3.2 Các yêu cầu thiết kế cửa van :- ¿+ z+2xSEk2E211221271711211271 1121.211 1x xe 18

1.3.3 Phân lOạI - + + 1E 2111223111253 1119311 991cc 19

1.3.4 Một số loại cửa van thông dụng 2¿ 2c 5++2++2Ext2EEtEEESEESExerkrrrkeerkrrrree 19 1.3.4.1 Cửa van phẳng -:- ¿Set kề EE12112112111111111111 2111.1111111 111gr 19

1.3.4.2 Ca Van CUNØ c1 HH HH TH k 20

Kết luận chương L 2-5225 SE‡EEEEEEEEEE1211211212111 711111111111 11 1111111 22

CHƯƠNG 2 VAT LIEU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 23

2.1 (8:8 ái 17 23

QLD Xi MANY ooo — 23

PP ¡ho 7Úýö›44 24

2.1.3 CỐt liệu 22+t22tt 2 2E HH g1 nu 24 2.1.4 CỐ SỢI ch nh He 26 2.1.5 Pht gia Khang 7n -.aa, - 28

2.1.6 Phu Nà ho on vmDDùmùậẳaậẳầaẳậầaỪD}) 33

2.2 Tiêu chuẩn áp dụng trong nghiên cứu ¿2-2 s+S++S++E£+E£EtEEerxerxerxrrxrreres 35 2.3 Một số quy trình áp dụng trong nghiên cứu - 2-2 2 2+E£+EezkeExzExzExzxzes 37

2.3.1 Quy trình trộn bê tông trong phòng thí nghiệm - 5 55555 *++s*++s+x 37

2.3.2 Phương pháp chế tạo mẫu bê tông -2- 22 +¿+2+2E++£x++EE+2Exrrxrerxesree 38

2.3.3 Phương pháp thử tinh công tác của hỗn hợp bê tông 2-5-5: 39

Kết luận chương 2 -2-©2- £+SE2EE‡EESEEE2E12E1571121121121171211111111.1111 1111.111 41

CHƯƠNG 3 KET QUA NGHIÊN CỨU - 2c sSE£EE+EE+EE+EEEEEEEeEEeEEeExerxrrrres 42

3.1 Sự ảnh hưởng của thành phan hạt đến bê tông cốt sợi - 5-2 s52 5+: 42

1V

3.2 Thiết kế thành phan cấp phối bê tông 2-2 2 2 E2 £E££E£+E+EE+ExtzE+zEzrxeei 46 3.2.1 Tính toán thành phan bê tông ¿2-2 2 E2 E£2EE£E£+E££E£EE+EEeEEEEEzEEzEErrerrered 46 3.2.2 Hiệu chỉnh cấp phối bê tông 2 2-52 +£+E2E££EE+£EE+2EEtEEEvrEevrxrrrrrrrree 52 3.3 Nghiên cứu anh hưởng của cốt sợi đến một số tính chất của bê tông 53 3.3.1 Anh hưởng của cốt sợi đến tính công tác -¿- ¿s¿+c++2x++zxe+rxrzrxerseee 53 3.3.2 Ảnh hưởng của cốt sợi đến cường độ nén -2- 2-5 +x+SE+£E+E+EzEzEezrered 54 3.3.3 Ảnh hưởng của cốt sợi đến cường độ kéo uốn ¿2 2+ s+s+£++£z£zzxered 56 3.4 Phương pháp thiết kế cánh cống (cửa van phăng) : s¿ + s++cx++zx+zscez 59

3.4.1 Ban sa '."^" 60

3.5 Áp dụng tính toán cánh cống tại công trình cống Bằng Lai — Hải Dương 62 ESSiC 0i (00v s1 62

3.5.2 Thông số tính toán ¿- ¿2+ ©+++2E+2EE2EEEEEEE21127112112711271121121121.221.21 e 64

3.5.3 Phương pháp tính toán - - + 31123112111 112 11 111 H1 H1 TH TH HH nh rưện 65

EM ao Ung SUat nan 65 Kết luận chương 3 2 ¿SE E219 19E12112121717111111111211111111 111111 ty 69

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, 2 2 2SESE2EE9EEEEEEEE2112217171121111 7121 tre 71

1.2 Yêu cầu trong thi công . -: -: 1.2.1 Yêu cầu kỹ thuật gia công chế tạo tại xưởng 1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật khi lắp đặt PHU LUC 2 MỘT SO KET QUA THÍ NGHIEM

VI

DANH MỤC HÌNH ANH, BIEU DO

Hình 1.1 Bê tông cốt Sợi -:¿- 5 2222222x22EE22E122112212211271121121121121121 11.11 3

Hình 1.3 Ứng xử cơ học của bê tông cốt sợi khi chịu kéo [3,4] -. - 5:52 13

Hình 1.4 Sự tương tác giữa sợi và CỐT |IỆU (SG SE SEEEESESEEEEEESEEEEEESEEEkrkrkrrrree 14 Hình 1.5 Mô hình hóa về quá trình hình thành vết nứt - -cc¿-ccsc+ecr+ l6 Hình 1.6 Sự hình thành vết nứt dưới tải trọng UỐN 6 Set EESESEEEEEESEEEErkrkrrrrkes 17 Hình 1.7 Cửa van Phăng - + + SE+SE+ESE2EEEEEEEEE12112112112117171111111 1.1.1 xe 20

Hình 1.8 Cửa van CUNE - 5 1E 19119 119111 TH HH HH Hư 21

Hình 2.1 Ảnh cốt sợi polyprolylene cccccccsscsscsssssessessessessessessesscsscsessessessessessesseseesveaes 28 Hình 2.2 Tro tuyên Pha Lại - 2-52 2 2+ +E£EE‡EE£EEEEEEEE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrrkee 32

Hình 2.3 Phụ gia khoáng hoạt tính silicafUme c2 55 32c +vveeersseresrsees 33 80:02 8600.0509.117 38

Hình 2.5 Chuẩn bị tắm kính, côn và đồ BTCS vào và gạt bằng mặt côn 40

Hình 2.6 Rút côn dé vật liệu chảy XÒe 2-2-5 ©S22E22EE‡EEEEEEEEEEEEEEerkerrrrrkrred 40

Hình 2.7 Vét sạch vữa bê tông dính trên thành Ống -2- 22 5¿+2s++c5zz 40 Hình 2.8 Do độ chảy xỏe của hỗn hợp bê tông cốt sợi -¿ 5¿ ¿©5522 40 Hình 3.1 Các kiểu sắp xếp của hạt cốt liệu 2 2¿©++22x+2x+tzxterxrrrxerxrerkree 43 Hình 3.2 Cường độ nén BTCS tuổi 3 ngày - 2-5252 2Ec2keEEeEEeEeEkrrrrrrrrrkee 55 Hình 3.3 Cường độ nén BTCS tuổi 7 ngày :- 52-5222 2Ec2EeEEeEEeEeErrrrrrrrkee 56 Hình 3.4 Cường độ nén BTCS tuổi 28 ngày - 2-5252 ©5c2EEEeEeEeEerrrrrrrree 56

Hình 3.5 Cường độ kéo uốn BTCS tuổi 3 ngày -2- 2c ©52222+Ez+EEczEzrzrrrred 58 Hình 3.6 Cường độ kéo uốn BTCS tuổi 7 ngày -2-5¿©25c25+2cxvzxecxeerxeee 58 Hình 3.7 Cường độ kéo uốn BTCS tuổi 28 ngày -. ¿- 2c ©5z2cx+2zxvcxesrscr 59

Hình 3.8 Cách bố tri, lắp ghép cánh cống 2-2 2 2+E£+E£EE£EE£EE+EE2EEzEezEerxee 64 Hình 3.9 Cắt ngang cánh cống :- +-5£+S2+EE+EEEEE2EE2212171121121171 71.21 re 64 Hình 3.10 Một phan cắt ngang cánh CON ceceeseeccsscssessessessessessesesessessessessessesseseeseeaes 66

vil

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đối với các tính chất của bê tông 5

Bảng 1.2 Thuộc tính của các loại sợi khác nhau 5 5+5 +++++£++see+seereeeeresees 10

Bảng 1.3 Các thông số của một số loại cốt sợi thép -¿- ¿+¿2+z2s++cx++z+z 11 Bang 2.1 Tinh chat cơ lí của ximăng PCB40 Thăng Long: 2- 5-5555 2252 23 Bảng 2.2 Các tính chat cơ lý của cát nghiễn ¿- ¿2+ 5++cx+2Exvzxxerxesrxesrxee 25 Bảng 2.3 Thành phan hạt của cát nghiền -¿- ¿222 5+2x++E+vzz+vrxesrxezrxee 25

Bang 2.4 Các chỉ tiêu cơ ly của sợi PolypropyÏene + sssscsxssssvseersereerrss 26

Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm phụ gia khoáng hoạt tính tro tuyển Phả Lại 31 Bảng 2.5 Tính chat cơ lí của tro tuyển Pha Lại 2 2-52 52 £+££+£E+£E£zEzzzxerxez 32 Bảng 2.6 Kết quả thí nghiệm phụ gia khoáng hoạt tính silicafume - 32

Bang 2.8 Đặc tính kỹ thuật của phụ gia chống phân tầng 2-55-5555 s52 35 Bảng 2.9 Các tiêu chuẩn thí nghiệm của vật lIỆU 5 5 + *+E+kEseeeseesrrerke 36 Bang 2.10 Các tiêu chuẩn thí nghiệm của bê tông 2-2 252 +x+>E+£x+£szEzzzez 37 Bảng 2.11 Chỉ tiêu cần xác định và hình dang, kích thước viên mẫu - 39 Bang 3.1 Sự phụ thuộc độ xốp vào kiểu sắp xếp của hạt -5¿©52©5<+cscc5e¿ 44

Bảng 3.2 Sự phụ thuộc của độ rỗng vào sự phối hợp các cấp hạt - 45 Bảng 3.3 Thế tích cốt liệu lớn trong 1 mỶ bê tông -. -2- 2 ©2+2++2££++£xz+r+z 46

Bảng 3.4 Bảng ước lượng lượng dùng nước dựa vào độ sụt của hỗn hợp bê tông và

Dax CUA voi 0 eeeccccccccessscececesessececceeeessseeeceesesssseeeceseesseeeeceessseeeceesessseeeceseessaeeeeees 47

Viii

Bảng 3.5 Bảng tra tỷ lệ N/CKD dựa vào cường độ nén và kích thước hạt cốt liệu trong

Bang 3.6 Thé tích chiếm chỗ của các vật liỆu: -¿- 2-2 2 £+E+E+EE+E++EzEzEezxeei 50 Bảng 3.7 Thành phan vật liệu cấp phối gốc - 2-2-2 +£+£++E++£Eerxzxzrxrred 51 Bang 3.8 Thành phan cấp phối tang và giảm 10% CKD - 2-2-2 22522: 51

Bảng 3.9 Một số tính chat của bê tôngg 2-2 2£ ©5£+E£+EE+EE£EEEEE+EEtEEerEerErrrrrred 52

Bang 3.10 Thành phan cấp phối sau khi điều chỉnh - ¿2-2 2 +2 2252252 52 Bang 3.11 Thành phan cấp phối bê tông M60 cơ sở 2 2 2+++£z+£z+xz+xez 53 Bang 3.12 Thanh phan cấp phối bê tông sử dung cốt sợi - 2: 52©5z+cs+cs2 54

Bảng 3.15 Thành phan cấp phối bê tông sử dung cốt sợi dé xuất - - 59

Bang 3.16 Các công thức tinh lực ma sát của gioăng (vật chắn nước) 62

Bảng 3.17 Thông số mặt cắt cơ bản của dầm chính cánh cống (cửa van) 66

Bảng 3.18 Biéu đồ áp lực và các công thức tính tải trọng tinh -: 66

Bảng 3.19 Các công thức tính ứng suất cánh cống BTCS (cửa van) - - 67

Bang 3.20 Kết quả tính ứng suất ứng với các độ dày h khác nhau của cánh cống 68

1X

KY HIỆU VÀ CHU VIET TAT

STT Ki HIỆU Y NGHIA

1 D Độ chảy của hỗn hop bê tông

2_ CVC Bê tông truyền thong

3 CKD Chat két dinh

4 PGSD Phu gia siéu déo

5 PSK Phu gia khoang

6 SF Silica fume

7 FA Tro bay

8 TGBDDK Thời gian bắt đầu đông kết

9 TGKTDK Thời gian kết thúc đông kết

18 PG Phu gia noi chung

19 HHBT Hỗn hop bê tông

20 CP Cấp phối

21 BT Bê tông

22 BIT Bé tong thuong

STT KÍ HIỆU Ý NGHĨA

23 BTCT Bê tông cốt thép

24 BTCS Bê tông cốt sợi

25_ N/CKD Tỷ lệ nước trên chất kết dính

26 NX Tỷ lệ nước trên xi măng theo khối lượng

27 PC Xi măng Pooc lang (Portland Cement)

28 PCB Xi măng Pooc lăng hỗn hop

29 SF/CKD Ty lệ silica fume trên chat kết dính, theo khối lượng

30 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

XI

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CÁP THIẾT CỦA ĐÈ TÀI

Trong công trình xây dựng nói chung, bê tông là loại vật liệu được sử dụng với khối lượng rất lớn, chiếm trên 60% khối lượng các kết cấu công trình Hiện nay, ở Việt

Nam các công trình xây dựng thủy lợi thường sử dụng bê tông với cường độ nén là 20

- 40 MPa, nên kích thước kết cấu lớn Đặc biệt sự phát triển của các công trình như các kết câu chịu ăn mòi, mài mòn như giàn khoan, cánh cống vùng triều và nội đồng, các kết cầu vỏ mỏng , đòi hỏi sự phát triển loại vật liệu mới như bê tông cốt sợi Những kết cấu vỏ mỏng như cánh cống thì khó bồ trí cốt thép truyền thống Đồng thời trong môi trường ăn mòn sử dụng cốt thép thông thường không tốt.

Trong điều kiện công nghệ và môi trường ở Việt Nam hiện nay, nhiều công trình hoặc các bộ phận kết cau của công trình bằng bê tông hay bê tông cốt thép đã phát sinh vết nứt ngay trong giai đoạn thi công hoặc chỉ sau một thời gian sử dụng rất ngăn Như vậy có một nhu cầu rất quan trọng là phòng tránh và xử lý các dạng vết nứt phát sinh trong quá trình thi công và khai thác các công trình bê tông cốt thép Có rất nhiều nguyên nhân gây ra vết nứt đối với các cấu kiện bê tông như do cường độ chịu kéo

kém của bê tông, co ngót, từ biến hoặc tại các vị trí đặc biệt trong kết cấu chịu ứng

suất rất phức tạp làm cho vật liệu bê tông thông thường không đủ khả năng chịu lực.

Dé giải quyết van dé này người ta đã sử dụng rất nhiều biện pháp như căng kéo cốt thép dự ứng lực, dùng các chất phụ gia chống co ngót, hay bồ trí các loại cốt thép đặc biệt tại các vị trí cần thiết , tuy nhiên các giải pháp này không phải trường hợp nào cũng có thê phát huy được tác dụng của nó Bên cạnh đó các nhà khoa học còn tìm các giải pháp dé tăng cường khả năng chịu lực của bê tông thông qua việc thay đổi một số tính chất của vật liệu này như cho thêm vào bê tông một số cốt liệu muội silic, các loại

SỢI

Sợi được dùng dé gia cường bê tông có rất nhiều loại như sợi thép, sợi cacbon, soi

thủy tinh, sợi tổng hợp polyme, sợi bazan, sợi thực vật

Trong các giải pháp trên, một giải pháp được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm đó là tăng cường tính chất của bê tông bằng các loại vật liệu dạng sợi Vì vậy,

nghiên cứu chê tạo bê tông cot sợi là cân thiệt.

2 MỤC DICH CUA DE TÀI

— Nghiên cứu chê tạo bê tông sử dụng côt sợi polyme có cường độ uôn cao trong

điêu kiện Việt Nam.

— Thiét kê cơ sở cánh công vùng triêu sử dụng bê tông côt sợi.

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

— Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm các chỉ tiêu chế tạo bê tông và bê tông cốt sợi

— Thiết kế cánh cống có kích thước bxh = (3x3)m (chịu được áp lực nước )

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Từ mục tiêu nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu đặt ra, luận văn thực hiện các nội dung

nghiên cứu chủ yếu như sau:

— Tống quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng của bê tông cốt sợi trên thế giới và

ở Việt Nam.

— Khảo sát nghiên cứu nguyên vật liệu ở Việt Nam dé chế tạo bê tông cốt sợi đựa

trên các tiêu chuẩn hiện hành.

— Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cốt sợi Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm

lượng sợi phân tán đến các tính chất của bê tông như tính công tác, biến dạng co

ngót, cường độ uốn, cường độ nén, mô đun đàn hồi của bê tông.

— Nghiên cứu sự làm việc của cánh cống sử dụng bê tông cốt sợi.

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

— Nghiên cứu lý thuyết: Thu thập tài liệu, phân tích nghiên cứu đã có và kết hợp thí

nghiệm.

— Nghiên cứu thực nghiệm: Kế thừa nghiên cứu có trước ở thé giới và Việt Nam.

CHUONG 1 TONG QUAN VE BE TONG COT SỢI VÀ CÁNH CONG

LAY NƯỚC

1.1 Tổng quan về bê tông cốt sợi

Bê tông cốt sợi (BTCS) là loại vật liệu composite trong đó phan vật liệu nền là bê tông

xi măng, phần cốt là các loại sợi nhỏ Sự có mặt của cốt sợi làm cho BTCS có khả năng chống lại sự co ngót và nứt trong quá trình rắn chắc và làm việc, đồng thời làm

tăng cường độ kéo, uôn và nâng cao độ dẻo dai.

Do có các đặc tính ưu việt hơn so với bê tông thường, bê tông cốt sợi sẽ trở thành loại vật liệu tiến tiễn trong xây dựng và được ứng dụng cho những công trình chất lượng cao như: kết cấu đường băng sân bay, cầu cảng, nhà vòm, nhà cao tầng, nhà công nghiệp, gia có đường ham xuyên núi, kết cấu chống nổ, bề bơi, xi lô chứa vật liệu Sử dụng Bê tông cốt sợi trong xây dựng sẽ tiết kiệm không gian, tiết kiệm cốt thép, giảm

nhẹ kết cau móng và tạo ra nhiều giải pháp kết cấu mới mà ở bê tông thường sẽ không

tối các tính chất của bê tông Vai trồ của sợi chủ yếu li tăng tính dai cho bê tông bing

cách ngăn chặn các vết nứt gy ngay từ ban đầu, tức là nó làm chậm lại sự lan tuyển

đứt gãy qua các phần tử đá xi măng gidn, tạo ra từng cắp truyền nứt gãy chậm riêng

biệt Vi vay, cường độ chịu kéo cũng như biển dạng cuối cùng của bê tông được tăng

lên nhiều lần so với bé tông thường

1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dung BTCS trên thể giới

1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu BTCS trên Thế giới

Tir thời ky Ai Cập và Babylonian, sợi, lông ngựa đã được dùng để tăng cường cho gach thô, tường trất bùn, thạch cao.

it sợi (BTCS) đã được nghi

nhiễu thập ky qua, đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu vé khả năng ứng xử của bê

Hiện nay, bê tông cửu rong khắp trên th giới trong

tông cốt sợi từ trạng thái hỗn hợp đến rắn chắc và cả độ bền của bê tông cốt sợi trong

những điều kiện làm việc khác nhau

V khả năng ứng xử của bê tông cốt sợi ở trạng thái hỗn hợp, tại Mỹ [1] đã nghiền cứu

ảnh hưởng của si đến hỗn hợp bê tông Bê tông không gia cường sợi có mắc thiết kế

là 20 MPa, him lượng sợ sử dung trong be tông thay đôi từ 0,075% ~ 05% tính theo

thể tích của bê tông Những loại sợi tổng hợp được nghiên cứu bao gồm: sợi Nylon 6,sci Polypropylene (PP), si Polym, Những loại sợi này có chi đãi 19 mm, 25 mm

38 mm, Soi PP có dạng bé si, sợi Nylon 6 và sợi Polyme ở dạng đơn mảnh, Qua kếtquả nghiên cứu ác giá đưa ra kết luận là: độ đèo của hỗn hợp bê tổng giảm xuống khi

soi được đưa vào trong hỗn hợp bê tông, sự giảm xuống về độ déo cảng tăng khỉ him

lượng sợi tăng lên Sự suy giảm về độ dẻo của hỗn hợp bê tông sử dụng các loại sợikhác nhau sẽ khác nhau Độ déo của hỗn hợp bê tông cốt sợi giảm xuống khi chiều đãi

sợi tăng lên

Khio sét sự thay đổi về cường độ chịu nén của bê tông khi hàm lượng sợi thay dBithấy ring, cường độ nén bé tông ở 1 ngày bị giảm di khi him lượng cốt sợi ting lên.Khi nghiên cứu ảnh hưởng của sợi tổng hợp đối với sự déo dai và khả năng chống vađập của bể tông thông qua thì nghiệm tốn tằm tiêu chun (150 x 150 x 600) mm và thí

nghiệm búa rơi tự do sợi sử đụng bao gm sợi Nylon 6; sợi PP: sợi Polyme cổ chiều

dài 19 mm ở dang đơn mảnh, hàm lượng sợi thay đổi từ 0,075% + 0,5% thấy ring: độ

{go dại và khả năng chống và dip của bê tông tăng lên hi sử dung 0.5% cốt sợi phần

NLI Nylon6 045 140 2371

NL Nylon6 06 133 2290

NL Nylon6 09 102 2358

PPL Polypropylene 06 133 2n PP2 Polypropylene 09 165 2317

PE Potyety 06 133 2n

Nhận xét Khi hàm lượng sợi ting thì độ sụt giảm đối với mẫu đối chứng không có cốt

1.1.2.2 Tình hình ứng dụng BTCS trên Thể giới

“Trong nhiễu năm qua ở trên thể giới người ta đã ứng dung bê tông cốt sợi phân tin

vào trong nhiễu lĩnh vực xây dựng Vào năm 1970 nhà xe sân bay Lockbourne bang,

Ohio ở Mỹ [1] được xây đựng từ những tắm bê tông cốt sợi đúc tạ chỗ, những tắm betổng cốt sợi có kích thước là (10.7 x 14 x 0,15) m và (L5 x 6.7 x 0,15) m Loại siđược sử dụng trong công trình này là sợi thép, hàm lượng sợi sử dụng là 106 kg/m’,Sau khi đã đổ xong tắm bê tông cốt si, người ta phủ lên mặt của những tắm bê tôngcốt sợi này bằng nhưng lớp lưới sợi PP có bể day 0,2 mm để làm lớp đệm chống mai

mòn trong quá trình sử dụng công trình.

Năm 1970 ở Michigan của Mỹ, đường Niles dẫn vào khu công nghiệp được xây dưng bằng bê ông cốt sợi thép phân tin với chiều dây của đường là 100 mm Soi thép thẳng

được sử dụng với him lượng là 120 kg/m’, Sau khi đưa công trình vào sử dụng, người

ta tiến hành so sinh đường làm bằng bé tông cốt sợi và đường lâm bằng bê tông bình

thường thì thấy rằng: mặc dù đường làm bằng bê tông cốt sợi có chiều dày 100 m nhỏ.

lông thông thường 180 mm nhưng khả năng chịu tải

St hon so với đường bê tông thông thường không có sir

Năm 1983 tại Frakfurt ở Đức, người ta tiến hành xây dụng sin bay Fankfurt Sản bay

này có lớp phủ mặt đường băng làm bằng bê tông cốt sợi thép phân tán, him lượng sợidit dụng là 6Okg/m* để góp phần lam tăng khả năng chống mii môn và chống cơ ngốt

cho đường bang,

ing ở Mỹ có ến 22 dự án xây dựng đường bing sân

Cũng thời điểm năm 1983,

bay được hoàn thành Trong khi đó ở châu Âu chỉ riêng năm 1990 đã có 1.9 triệu m?sản công nghiệp được thi công bằng BTCST

Năm 1984, tại Denver (Mỹ) đã sử dụng 42.000 mẺ BTCST để thay thé mặt thượng lưu

của đập Bar Lake được xây từ năm 1909.

Hình 1.2 Sử dụng BCDCCST trong công trình giao thông.

Năm 1997, cầu cho người di bộ Sherbrooke (Hình 1.2) ở Sherbrooke, Quebec là công

trình kiến trúc kỹ thuật đầu tiên xây dựng bằng bê tông cường độ cao cốt sợi thép trên

thể giới Cầu có khẩu độ 60 m, kết cấu dành cho người đi bộ này được đúc sẵn và dự.ứng lực trước, mặt cầu làm bằng BTCĐCCST

BTCS thủy tỉnh được ứng dung rộng rãi trong hiu hết các lĩnh vực kinh tế, Trong nông.nghiệp, BTCS thủy tinh được sử đụng để chế tạo ming ăn, chuồng tri chăn muỗi

Trong xây dưng, BTCS thủy tỉnh sử dung để chế tạo sản phẩm dạng tắm, dim, thay

thé sợi amiăng trong sản xuất tắm lợp, tim ngăn lửa, các chỉ tiết chống chảy, tắm cáchnhiệt vt nhi ứng đụng khác

BTCS tổng hợp có thể ứng dụng cho kết cầu đổ ti chỗ như thi công sin trên nén đất,thi công mặt đường thi công lớp bọc đường him hay cho cúc kết cấu đúc sẵn như chế

‘go panel tường bao, tắm, vom, vỏ,

BTCS tự nhiên được ứng dung khá phổ biến dưới dang vat êu tắm mỏng Ở châu Phi

BTCS từ sơ dừa được ding để đúc ngói lợp, chế tạo tắm sóng, đường dng, bé chứa

nước, chứa ga, silô chứa vật liệu rời Ở Zambia BTCS sử dụng cỏ voi được dùng

trong xây dựng nhà giá thấp Soi dita được sử dụng trong composite xi mang để chế

tạo cấu kiện bao che, cách âm và cách nhiệt

BTCS polypropylene được ứng dung rộng rãi dé ch tạo các sin phẩm dạng tắm, các

sin phẩm BTCS dạng vữa thâm nhập và nhiề loại sin phẩm đúc sẵn cũng như đỗ ti

chỗ khác BTCS polypropylene siêu mảnh với lượng ding 0.9 kg/m" được sử dụng đểxây dựng 18600 mẺ mặt đường bãi dB xe tải hạng nặng ở Mobile, Alabama,

Vige sử dụng cốt sợi trong thành phần bê tông đã làm xuất hiện một loại hình bê tông.

mới gọi là bé tông cốt sợi chit lượng cao Có thể nói đây là loại bê tông đã kết hợpđược tt cả ác đặc điểm tốt nhất của bê tông với cắt gi: nó vừa có cường độ cao, vừachịu kéo, tốn, cắt rt tốt Đẳng thời cường độ chẳng va dip, chống lại tác dụng cũ tải

trong động, chống mỏi đều tăng lên so với bê tổng chất lượng cao khi không có cốt sợi Nhiều nghiên cứu trên thé giới da tập trung nghiên cứu loại bê tông mới này dé thi

công nhiều công tinh như đường giao thông, các cây cầu nhịp lớn, các tòa nhà cao

ting, công trình vách mỏng

1.1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTCS tại

1.1.3.1 Tình hình nghiên cửu BTCS tại Việt Nam

Một số trường đại học, trong tâm nghiền cứu ở Việt nam công đã nghiền cứu về bể

tông cốt sợi như Trường Đại học xây dụng, Viện khoa học công nghệ vật liệu xâydựng, Trường Dai học kỹ thuật thành phó HCM, nhưng kết quả còn nhiều hạn chếchưa ứng dụng được nhiễu

Cac nghiên cứu về bê tông cốt sợi ở trường Đại học xây dựng trong những năm 1982đến 1987 là sử dụng sợi amiäng đề ầm tắm lợp, ti năm 1999 đ tiến hành nghiên cứu

bê tông cốt si thủy tinh và sợi polypropylen, năm 2000 đã tỉ n hành nghiên cứu bê

tông cốt sợi kim loại

“Trường Đại học kỹ thuật thành phố Hồ Cl Minh đã tiến hành nghiên cứu về bê tông.

sử dụng cốt sợi sơ dừa để làm tim lắp ghép xây nha ở đồng bằng sông Cửu Long

Viện khoa học công nghệ vật lệ xây dụng đã có những nghiên cửu vật liệu

composite nền xi măng cốt sợi thực vật để chế tạo các sản phẩm xây dựng nhà ở nông

thôn và min núi vào cuối thập kỷ 80 Tuy nhiên, vin đề độ bén lâu của sợi thực vat

trong môi trường kiểm của dé xi mang vẫn chưa giải quyết được trigt dé nên loại vật

liệu composite này còn nhiễu hạn chế trong sử dung,

Năm 1998, Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng triển khai nghiên cứu đề tài

“Nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng vật liệu composite nén xi măng cốt sợi

thép phân tán" mang mã số RD - 44 và đã ứng dụng sửa chữa một số công trình như

các vất nút ở đường bang sân bay Nội Bài, gia cổ nên đất bể bơ thị xã Hà Giang

Tuy nhiên, việc nghiên cứu và đưa vào sử dụng b tông cốt sợi còn ít va chưa có hệ

thống Do đ việc nghiền cứu và sử dụng bể tông cốt sợi ở nước ta là một đôi hồi sẵn

thiết và cấp bách cần được tiến hành day đủ và đồng bộ.

1.1.3.2 Tình hình ting dung BTCS tại Việt Nam

Ứng dụng BTCS với phạm vi công nghiệp đầu tiên ở Việt Nam đó là công trình ham

xuyên đềo Hi Vin, Tại diy đã sử dụng công nghệ phun bin để tạo lớp gia cổ từ

BTCS thép và một số công trình nhỏ lẻ khác tại các công trình sân bay, cầu cảng, các, công trình quân sự Trong quá trinh xây dựng sản vận động Quốc gia Mỹ Đình để

chống thắm và chéng nứt cho mặt bậc đã ứng dụng BTCS polypropylene, tuy nhiên

kt quả đại được còn hạn chế

1.1.4 Một số uu nhược điểm của BTCS

Uu điểm:

Tăng đáng kể cường độ chịu nén và nâng cao cường độ chịu uốn, chịu kéo cho cấu kiện.

Hầu như giảm hiện tượng nút mặt Vì cốt sợi thép xuất hiện dây đặc và gia cổ theo

cả ba phương trong ban si

‘Thi công nhanh ching vi giảm đăng kể chiều đầy bản sân so với bình thường, giảm

chỉ phí nhân công, thời gian

Sử dụng bê tông cốt sợi đã mang lại nhiều hiệu quả to lớn, có thể giảm được chiều

day kết cấu, tạo ra các kết cấu mỏng hơn, ít khe nối, it bị nút hơn ma niên hạn sử

dung dai, chỉ phí bảo dưỡng it

"Nhưng cũng có khó khăn gặp phải tại Việt Nam:

cả các chủ đầu tu, đơn vi tư vấn thiết

= Công tác trộn: thông thườn , đều yêu

tông nghệ mới và ứng dụng.

trộn ngay tại hiện trường Họ còn ngần ngại v

— Bê lông cần có tinh linh động cao dé cốt sợi dễ phân tan, Cần lưu ý thời diễm tổ

chức thi công và công tác bảo dưỡng để tránh nút mặt.

— Cốt sợi xuất hiện trên bề mặt hoàn thiện Tuy rằng, hoàn toàn không ảnh hướng đến yêu cầu kĩ thuật nổi chung và vẫn đảm bảo các chỉ tiêu và yêu chu chịu lực.

1.2 Cơ sở khoa học của việc sử dụng ct sợi trong bê tông

Soi được phân bổ không liên tục và ngẫu nhiên trong bê tổng cả ở vùng chịu nén vàchịu kéo của kết cấu, Chúng có thé nâng cao độ cứng và điều chinh vết nứt thông quaviệc ngăn chặn các vi vết nứt lan truyỄn, mổ rộng và còn tăng độ dai do khả năng hấp

thụ năng lượng của cốt sợi

Soi được ding dé gia cường bê tông có rất nhiều loại như sợi thép, sợi cacbon, sợi thủy tinh, sợi tổng hợp polyme, sợi thực vật

Bảng 1.2 Thuộc tính của các loại sợi khác nhau.

guyy | net | Nhâm [oan

l GPa GPa %

‘Acrylic | 0,02+0,35 11 02:04 03 | Ll

(Asbeslos | 0,0015+0,02 32 0,6+1,0 | 835138 | 1,052 Cotton, sợi TN | 0,2+0,6 15 04:07 48 | 3.0210

Thuỷ tỉnh | 0,005+0,15 25 10226 | 70:80

Graphite (cacbon) | 0,008:0,009 19 10226 | 230-415 | 0,5+1,0

Polypropylene 0,0220,4 0,95 0,55+0,76 35 15:25

soi có những tính năng vượt tội về cường độ, khả năng chống ăn mòn

dang để thay thé một phần hoặc toàn bộ cốt thép trong các cấu kiện, công trình xây cdựng đã được nhiều nước trên thể giới sử dụng.

Bang 1.3 Các thông số của một số loại cốt sợi thép,

bain EE266HT 25 | 06x04 | 45 | 1000

Dây đãi Simm, tim 200mm

Thợ tas rsa PY ĐÓ, - 550 Ludi hin

Day dit 4mm, tim 100mm

Mô hình làm việc của sợ: Soi hoạt động ở hai quy mô trong quá tình nứt của pha hỗ

xi mang,

* Quy mô cấu trúc: Tác dung của các sợi làm ổn định cúc vất nứt cực nhỏ, làm chậm

qu trình hơ hông của vt liệu và hạn chế sự hinh thành vốt nứt lớn hơn

in

* Quy mô kết cầu:

— Các si hoạt động như các vĩ cốtthếp

— Các biển khả năng hút năng lượng của kết cầu, thay đổi quá trình phá hủy vật liệu,

‘at ligu chuyển từ phá hoi gi sang phá hoại đề Tuy nin, sợi sẽ làm rối loạn

cfu tạo hỗ xi măng và ảnh hưởng đến tính dễ đổ của bê tông.

Tỷ lệ hỗn hợp và công thức thành phần của bê tông cắt sợi được xây dựng từ những

kinh nghiệm trên cơ sở thành phần bê tông đã được lựa chon Khi đồ phải xem sợi như

một thành phin phụ cn thiết và tiễn hành các thí nghiệm để tối wu hóa các thành phannhằm đại được các tinh chit mong muốn: phải đảm bảo sự phân tn đồng đu của cácsợi và ngăn chặn sự phân ting hay von cục của các sợi trong quá trình nhào trộn

1.2.1 Vai to của sợi trong việc nâng cao tink chit cơ học trong bê tông

Soi được sử dụng trong bê tông cổ rit nhiề loại như: sợi thép, si các bon, sợi thủy

tinh, sợi polymer, sợi thực vt Ty thuộc vào loại, lượng ding cốt sợi và chit lượng

vậiliệu nên bê tông mã khả năng chống nứt và chịu lực sau khi nứt của bê tông được hình thành khác nhau

Các loại sợi bit đầu được sử dụng trước năm 1990 thường chỉ chống nứt và duy tri khả

năng chịu lực của bê tông sau khi nứt (bé tổng cất soi thể hệ 1) [2.3] Các loại sợi này

thông thưởng có kích thước chiều dài khoảng 30 + 65 mm đường kính 0,6 + 1.2 mm,

có thể làm bằng kim lại hoặc nhựa tổng hợp Việc tăng hàm lượng sợi lên nhằm nâng

cao kha năng chịu lực sau khi bê tông nứt đã gặp phải khó khăn vì tính công tác của.

ổn hợp bê tang cốt sợi không cho phép (him lượng sợi cao din đến hiện tượng các

sợi mắc vào nhau thành các búi, chim, sợi phân bỗ không đồng đều trong vật liệu nền

bê tông).

Từ những năm 1990, bể tng cất sợi shit 2 xuất hiện với khả năng tăng mức chịu lực

cits bể tổng ngay cả sau khỉ b tng đã nứt, nhiều trường hợp bê tông cốt sợi hậm chi

đã có thể chịu lực lớn gắp 2 đến 3 lần lực phá hoại bê tông ở các vết nứt đầu tiên khichịu uốn hoặc kéo Các loại sợi này nhỏ hơn các loại sợi dùng cho bê tông cốt sợi thể

hệ 1, thường có đường kính dưới 0,3 mm với độ dài nhỏ hơn 20 mm Việc hạ kích

thước sợi xuống đãgiáp cho him lượng sợi sử dung trong bé tông tăng lên, dng thời

kích thước hạt cốt liệu trong bé tông giảm, hàm lượng CKD tăng, tạo thành hỗn hợp.

được đồng nhất hơn

‘Vet nứt don visit

lâm tăng độ rồng của hỗn hợp, ảnh hưởng đến sự phân bổ của sợi trong bê tông Soi sẽ

có sự dan xen vào nhau và không thé phan bổ đều trong hỗn hợp dẫn tới làm giảm tínhcông tác của hỗn hợp bê tông Dé giải quyết vin đề này, cần thiết phải giám kích thước

cốt liệu để giảm kích thước sợi từ đó tăng him lượng sợi sử dụng để nâng cao các tính

chất cơ học cho bê tông,

Hình 1.4 Sự tương tác giữa sợi và cốt liệu

tình 1.4 thể hiện sự tương tác gữa sợi và cốt liệu, theo tác giả Lê Trung Thành [2] khi

kích thước cốt liệu giảm thi sự tương tác giữa sợi thép phân tán và cốt liệu tăng lên rit

lớn. iệu quả này đạt được rất lớn trong hệ bê tông cốt sợi khi sử dung cốt sợi thép

phân tán với đường kính sợi khoảng 0,15 mm và chiều dai sợi từ 13 + 15 mm với ham

lượng nhỏ hơn 3% sẽ tạo ra hỗn hợp bé tông với sự phân bổ cốt sợi đồng đều và đahướng Kết quả đã nghiên cứu cho thấy, cường độ kéo, uốn, cường độ chống va đập.của bê tông tăng lên rõ rét so với bê tông thường Việc sử dụng cốt soi trong bê tông sẽmang lại nhiều uu điểm vượt tội là

— Cường độ nén và cường độ uốn cao, tăng tính mém dẻo, khả năng chống nứt khỉ

chịu tải trọng cho bê tông.

— Sau khi đồng rắn, bê tông có độ co ngớt thấp và có khả năng làm việc kết hop, liênkếttốt với các vật liệu khác

— Phương pháp thi công, chế tạo và sự dụng đa dạng: Có thé thi công bằng phun bắn,

bơm đỗ trực tiếp đảm bảo chất lượng cao vả kiểm soát chất lượng dễ dang

Vige sử dụng cốt sợi thép phân tần trong bê tông đã làm thay đổi đáng kể tính chất cảhỗn hợp bê tông và BTCS, sợi đồng vai trò rất lớn trong việc cải thiện tinh cơ học,khống chế vết nút, cải thiện khả năng làm việc của kết cầu sau khi nút gãy, tăng nănglực hip thụ năng lượng Sự tương tắc giữa soi và vật liệu nền (pha nén) là vấn để cơ

bản quyết định đến việc nâng cao các ứng xử cơ học cho bê tông, Hiệu quả của sợi

trong việc năng cao tinh chit cơ học của bê tông được đánh giá theo hai quá trình sau:

— Quá trình truyền tải trọng từ vật liệu nền đá xi măng qua vết nút đến sợi Làm tăng

độ bền déo dai của be tông bằng việc hip thy năng lượng sinh ra trong quả trình mắt

liên kết và kéo uột của sợi

= Ảnh hưởng của cốt sợi đến sự xuất hiện các ứng suất khi tăng ti trong của vt liệu

nên xi măng.

Sự tương tác giữa cốt sợi phân tin và đã xi ming sẽ làm tăng tinh chit cơ học của bể

tông Nếu như coi cốt sợi được phân tin ngẫu nhiên trong bê tông, khi đó vai trồ của

sợi sẽ được đánh giá theo quá trình truyền tải trọng từ vật liệu nền sang sợi và tác động.

bắc cầu của si qua vất nút, quá trình truyễn tải trọng tăng nhanh khi tăng ải trong tác

động lên vật liệu nền đến giới han nứt của vật liêu nén, Khi tải trọng tiếp te tăng đến

một á tị nhất định sẽ đến trang thải din hồi của sợi, đồng thời bắt đầu có sự mắt liên

kết giữa sợi và vật liệu nền, ải trọng tiếp tục tăng khi đó ứng suất trượt đàn hồi đạt sỉ

tr cực đại, mắt khả năng liên kết gữa sợi và vật iệu nén, sợ bị tuột Như vậy, cốt sợi4a thể hiện vai trò lâm vật liệu liên kết và bắc cầu qua vất nứt vì vậy sẽ cải thiện rấtlớn các tính chất chơ học và ngăn ngừa được sự mở rộng vết nứt, phá hủy kết cấu

trong BTCS

1.2.2 Vai tro cia spi trang việc han chế mút

“Cốt si đem lại cho be tng nhiễu tin chất đặc biệt, hệ thong nhiễu pha của bể tổng vàsợi hình thành hệ thống đàn hồi — dẻo Ưu điểm của cốt sợi là tăng khả năng chịu tảitrước và sau khi hình thành vết nứt, hạn chết sự hình thành vất nứt trong cầu kiện bê

tông Cốt sợi ảnh hưởng đến cường độ kéo, cường độ chịu ct và nén, tính chất của vết

nứt và quá trình biến dạng của bê tông Ảnh hưởng quan trọng nhất của việc sử dụng.sốt sợi phân tin trong bê tông là hạn chế vết nứt vả khả năng điều chỉnh quá hình phát

triển vết nứt Cốt sợi làm chậm quá trình phát triển vết nứt và khi vết nứt đã mở rộng,

thì chúng có vai trò phân bổ lại tải trọng trong vùng nứt, cải thiện quá trình phân bố.vết nứt Như vậy, cốt sợi phân tin có ảnh hưởng đáng kể dn trạng thải biển dạng củakết cấu bê tông Phạm vi ảnh hưởng đến sự biến dạng của bê tông phụ thuộc vào hình

dạng sợi, him lượng soi và tính chất của ti trong Trong qui tình chịu tác dung của

tải trọng và ứng suất, số lượng vết nứt tăng trong vật liệu có tăng thêm nhưng chiều

1s

xông và khoảng cách giữa các vết nút sẽ giảm đi (Hình 1.5) Theo quan hệ giữa ứng

suất va biến dạng đến quá trình phát triển vết nứt được thé hiện qua phương trình sau:

One > E2, V„ + EreV, aa

Trong đó:

Vip: Thẻ tích của vật liệu nén (xi măng)

Vy Thể tích của cốt sợi sử dung

En: Mé dun đàn hồi của vật liệu nén (xi mang)

Ey: Mô dun đàn hồi của cốt sợi

‘7: Ủng suất Kéo tới hạn của cốt si

fg! in dụng cực đại của vật liêu nên (xi măng)

ae: Biễn dang tại điễn cuỗi cùng có vỗ nứt

Hình 1.5 Mô hình hóa về quá trình hình thành vết nứt8) giai đoạn đầu:b) xuất hiện vi vết nứt e) xuất hiện vết nứt đâu tiên:

dee,f) các vết nứt tiếp tục hình thành và phát triển (mở rộng)

“Trong quá trình chịu tải trong, khi bê tông bắt đầu xuất hiện vết nứt sẽ không phá hoạikết cấu một cách đột ngột, do sợi được phân bổ đều trong hỗn hợp sẽ có tắc dụng phân

bố lại tải trong giữa sợi và đá xi mang, có nghĩa là tai trọng tác dụng lên bê tông trong

vũng nit sẽ chuyển qua sợi Khi tiếp tye tăng tải trọng sẽ làm tăng số lượng các vết

nứt đồng thời chiều rộng vết nứt cũng tăng cho đến lực liên kết giữa sợi và đá xi măng

“nhỏ hơn tai trọng tác động vào sợi, (Hình 1.4).

“Theo Markovic |4], biến dạng khi phá hủy của bé tông cốt sợi có thé tăng lên tới 10lin đối với vật liêu thông thường Khi kết cầu chịu tải trọng tốn, toàn bộ mặt cắt tiếtign cùng tham gia chịu lực, biểu đồ biểu diễn quá trình biến dang được chia thành hai

vùng gồm ving kéo va ving nén Khi bê tông không sử dụng sợi phân tán,

trọng uén tang lên, trực trung hòa của tiết diện chịu lực sẽ nâng dần lên, diện tích chịu

nén sẽ giảm dẫn Trong vùng chịu kéo, ứng suất kéo đạt đến cường độ chịu kéo khi

‘udm của bê tông thi vết nứt bắt đầu xuất hiện Sau đó các vết nứt được mở rộng đến giátrị cực đại và kết cầu bi phá hoại Nhưng đối với bê tông có sử dụng cốt sợi phân tần,

“khi ứng suất kéo trong thé bê tông chịu kéo đạt đến giá trị cực đại, trong cầu trúc vật

Tiệu cũng bắt đầu xuất hiện vết nứt Khi đó cốt sợi phân tin đồng đều trong cầu trúc sẽ

than chế sự mở rộng vết nứt, làm tăng khả năng chịu kéo của tiết diện và lúc này một

sự cân bằng mới được thiết lập trong vật liệu Dựa trên cơ chế này cho thấy, bê tông sửdung các loại cốt sợi phân tin nói chung có khả năng chịu tải trong tốt hơn với bê tông

thông thưởng.

17

5) một nhóm sợi phan bổ tự nhiên va truyền ải trọng qua vết nứt

hur vậy, việc sử dụng cốt sợi trong bê tổng không những git vai trồ hạn chế nứt, mà

côn tăng cường khả năng chịu lực của bê tông ngay cả khi bê tông đã bị nứt bằng cách

giữ các phần bê tông bị nứt lại với nhau để tiếp tục chịu lực, lúc này thi lực liên

giữa bê tông và bề mặt cốt sợi sẽ đồng vai trò chính quyết định đến việc hạn chế co

ngột và khá năng chịu lực của bê tong Ty thuộc vao loại, lượng ding cốt sợi và chất

lượng vật liệu nền bê tông mà khả năng hạn chế nứt và chịu lực sau khi nứt của bề

tổng được hình thành khác nhau.

1.3 Tổng quan v8 các loại cửa van

“Cửa van là một bộ phận rit quan trong trong công trình thủy lợi Của van được lắp đặt

vào các khoang của công trinh thuỷ công ở công tình thủy lợi thuỷ điện Cửa van

cũng có thé đặt ở trên mặt, ở dưới sâu Nhiệm vụ của cửa van là đồng để giữ nước và

mở để tháo nước theo yêu cầu đặt ra cho công trinh: iy nước tưới, cắp nước phát điện,thoát lũ, gan triều, tiêu ting, mực nước, lấy nước mặn nuôi tông thủy sản Hiệu quả của công trình thủy lợi, thủy điện được đảm bảo như thiết kế đặt ra khi cửa

van được vận hành đạt độ tin cậy như quy trình vận hành đã để ra,

Nếu việc vận hinh cửa van có sự cổ thì dẫn đến không những tén hại lớn cho công trình thủy lợi thủy điện mà còn gây tác hi cho sản xuất đời sống của vùng hạ du

13.1 Cấu tạo chung của cửu van

— Bộ phận chuyển động: thực hiện chức năng điều ti

= Bộ phận cổ định: chôn vào trụ, tường dé đờ và tạo khe trượt cho bộ phận động

— Thiết bị đồng més thủ công, điện, máy nẵng,

1.3.2 Cúc yêu cầu thiết ké cửu van

—_ Cấu tạo đơn giản, dễ lắp giáp,

— Lực đồng mở nhẹ, đồng mở nhanh.

— Đảm bao điều kiện bén, ôn định, my quan.

1.3.3 Phân loại

“Theo vị trí đặc: trên mặt, dưới su

“Theo cách truyền lực: truyền lên mồ, lên ngưỡng

“Theo vật liệu: 28, bề tông ot thé, thép, chất déo

Theo hinh thức tháo nước: dưới đầy, trên din, ết hợp

1.3.4 Một số loại cửa van thông dung

1.34.1 Của van phẳng

“Cửa van phẳng là hình thức cửa ra đởi sớm nhất trong các loại cửa van sử đụng trong.

sông trình Thủy lợi và đến nay côn dp dụng rộng rãi do cửa van phẳng có kết cầu đơn

giản, dễ gia công chế tạo, vận hành thuận lợi Cửa phẳng được sử đụng nhiều trong các

sông trinh lấy nước, tiêu nước, trên đập trần cần điều tiết lưu lượng, trên các công

trình điều tiết trên kênh, Cửa đã áp dụng có chiều rộng từ 06m đến 80m, thông dụng

nhỏ hơn 20 m Cửa có thể là bằng gỗ, vật liệu tổng hợp, bê tông cốt thép và thép Hiện

nay phần lớn làm bằng thép

Uu điểm của cửa van phẳng:

= Có thể làm cửa với kích thước tủy ÿ,

~ Cấu tạo đơn giản, đễ chế tạo

— Tấm cửa có thể di dời khỏi miệng lỗ, tiện cho việc kiểm tra duy tu

— Dễ sử dụng may đông mở kiểu di động,

Nhược điểm của cửa van phẳng

— Yêu cả đặt máy tương đổi cao và trụ đỡ tương đổi lớn

nhiều.

lượng cấu kiện chôn vào bê tông tương đi

= Lực đông mở tương đối lớn, chịu ảnh hưởng nhiều của lực ma sát, do đó edn phải

dùng thiết bị đồng mỡ cửa có công suất lớn.

— Khi kéo lên cửa van treo trên cao, chịu tác dụng của gió bão.

19

— Khi vận hành sinh r lục ma sát giữa các chỉ tế lớn nê các chỉ tết này có độ hao

môn rất nhanh, không dim bảo độ kín khít hoặc phải duy tu bảo dưỡng thường xuyên

1.3.4.2 Của van cung

Hình 1.8 Cửa van cùng.

CCang như của phẳng, cửa van cung được sử dung rộng ri trong các công tỉnh thủy lợi

đặc biệt là trên trăn, đập đâng và cổng vùng ảnh hưởng thủy tiểu, nhất là ở những noi

có cột nước cao thi wu điểm của nó cảng nổi bật.

Ưũ điểm của cửa van cùng:

Có thể bịt kín cửa có diện tích tương đổi lớn

— Độ cao cự giá đỡ máy và độ dây của trụ đỡ tương đối nh.

— Số lượng cấu kiện tương đối ít

Nhược điểm của cửa van cung:

— Trụ cống đòi hỏi dài

Vj trí không gian cánh cổng chiếm tương đối lớn.

— Không thé đưa ra ngoài để kiểm tra sửa chữa.

= Khi ch tạo yêu cầu độ chính xác và cân bằng cao

2I

= Không đảm bảo kin nước tuyệt đối do khi vận hành cúc chỉ it bị mãi môn do ma

Kế luận chương 1

1 Bê tổng cốt sợi là loại vật iệu composite trong đó phần vật liệu nén là bê tông xỉ

măng, phần cốt là các loại sợi nhỏ có các ưu điềm sau:

— Tăng đảng kể cường độ chịu nén và nâng cao cường độ chịu uốn, chịu kéo cho cầu kiện

— Hau như giảm hiện tượng nứt mặt Vì cốt sợi thép xuất hiện day đặc và gia cố theo

sả ba phương trong bản sản.

= Thi công nhanh chóng vi giảm đáng ké chiều dày ban sin so với bình thường, giảm chi phí nhân công, thời gian

~ Sử dụng bê tô

day kết cấu, tạo ra các kết

ig cốt sợi đã mang lại nhiều hiệu quả to lớn, có thể giảm được chiều,

ấu mỏng hơn, it khe nối, if bj nứt hơn ma niên hạn sit

dụng dải, chỉ phí bảo dưỡng ít

2 Có nhiều loại cốt sợi như sợi bazan, thép, polymer, Trên thé giới, BTCS đã được

ứng dụng ở nhiều lĩnh vực xây dựng, giao thông như cầu, đường sân bay Ở Việt

Năm đã tiến hành nghiên cứu tại một rường dại học, viện nghiên cứu vật liệu xong.

kết quả đạt được vẫn còn hạn el

CHUONG 2 VAT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

vật liệu truyền thống như nước, cốt liệu thô, cốt liệu min, xi măng thì một hàm lượng

lớn hạt mịn được bd sung đồng vai trò là một chất phụ gia ải thiện tỉnh chất của bê

tổng và đảm bảo sự iên tục cho cấp phối Như vậy ở bê tông cốt sợi một hàm lượng

hạt mịn tổn tại trong cốt liệu cho quá trình gia công chế tạo sẽ được tận dụng mà

"không cần chi phi dé loại bỏ và cần thiết phải đưa thêm vào một lượng chất lượng độn

"học thì phải lựa chọn sử dụng xi măng có đặc tinh chuyên dùng Ngoài việc sử dụng xi

măng phải đảm bảo yêu cu thiết kế đt ra như cường độ va tuổi thọ của công trìnhĐối với BT cho các công trình thủy lợi có thể dùng các loại xi măng poóclăng hỗn,

hop thông thường hay xi măng poóelãng hỗn hợp Sự lựa chọn loại xi mang phụ thuộc

vào cường độ yê cầu ở uỗi thiết kế của be tổng

Trong đề tài tác giả đã chọn loại ximing để nghiên cứu là xi măng PCB40 Thăng

Long, có ác tinh chất cơ lý như trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Tinh chất cơ í ca ximăng PCB40 Thăng Long:

II Phegphipte | Domi | Kea

2

‘TT | Chỉ tiêu thí nghiệm Phương pháp thir Đơn vị Kết quả

5 | Độ mịn (Lượng sốt trên sàng 5

2 |Pam “TCVN 4030 : 2003 4.00

‘Thi gian bit đầu đông két— | TCVN 6017: 1995 | Phút 125

3

“Thời gian kết thúc đông kết TCVN 6017 : 1995 Phút 180

Cường độ nén theo phương | ; :

ae 012 H)AN TCVN6016:1995 | Nimm? | 2741

4

Cường độ nén theo phuong Í TCVN 6016-1995 | N/mmẺ 51,65pháp chuẩn tuổi 28 ngày

®% | Độ ôn định thé tích TCVN 6017 : 1995 mm 2,00

Nhân xét: Xi măng PCB40 Thăng Long có các chi tiêu cơ lý đạt yêu cầu kỹ thuật của

xi măng Pode lăng hỗn hợp PCB40 theo TCVN 6260:2009.

2.1.2 Nước

Phải đảm bảo độ sạch hợp lý và không lẫn dầu, muỗi, axit, chất kiểm, thực vật

Nước sử dung trong đề tải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn Việt Nam 4506:2012 đối với nước trộn vữa và bê tông

2.1.3 Cắt liệu

Trong hỗn hợp bê tông cốt sợi cốt liệu chiếm khoảng 50:60% thể tích Bởi vậy nó ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông đã đóng ấn Sự lựa chọn cốt liệu

là nhân tổ quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và đặc tinh của bê tông cốt sợi Nếu

si Iva chọn là thích hợp sẽ mang lạ hiệu quả kinh tế lớn hơn va mỗi thọ củ kết cầu sẽ

dài hơn Trong hỗn hợp của bê tông cốt sợi chưa đông kết thi tính chất của vật liệu ảnh

hưởng đến tinh công tác của hỗn hợp, khả năng phân ting, mức đạt được độ đầm đặctối ưu đưới ác động dim lan rung khi thi công ở hiện trường hoặc ảnh hường đến chỉ

số thời gian đầm chặt tối ưu của mẫu thí nghiệm trong phòng thí nghiệm Mặt khác nócôn ảnh hưởng đến cường độ, môđun din hi, tinh chịu nhiệt và tub thợ của bê tổng

cốt sợi khi đã rin chắc Khả năng biển đổi của cốt liệu trong thi công ảnh hưởng đến

dan hồi.

xi măng và nước, những thứ mà đến lượt lại ảnh hưởng đến cường độ và tinh

Sit dung cốt liệu nghiễn từ đã lấy tại trạm ASEAN, kết quả thi nghiệm cúc chỉ gu tínhchit cơ ý, thành phin hạt của đã như trong bảng 22; 24

Bảng 2.2 Các tinh chất cơ ý của cát nghiềnsrr Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Cát nghiền

1 | Khối lượng riêng #/em` 2.76

2 | Khối lượng thé th xốp Tim” 169

3 | Médun d6 lớn - 322

4 Hàm lượng bùn bụi sét ® 17

5 | Him lượng tạp chất hữu eo Sáng hơn màu chuẩn

6 ‘Ham lượng mica %

" ã sài Lượng sót trên từng sàng.

Soi có dang tơ mảnh được sản xuất bằng công nghệ tiên tiễn cho kéo sợi bằng li tâm,

cho thêm chất phụ gia chức năng và xử lý b8 mặt đặc biệt Khi trộn vào bê tổng xi

măng, loại si này of nhiễu ưu điểm như phân tin tốt, ap lực nước tốt hơn, Khả năng

liên kết mạnh Nó rất thích hợp để gia cường và tăng khả năng khng nứt cho các loi

Bẽtổng xi măng và ữa, đặc biệt được sử dạng tong kỹ thu BE mặt công tỉnh, sin

i tác giả đã chọn loại cốt sợi polypropylene có các tinh chất như

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu cơ lý của spi Polypropylene

str Các chỉ iêu cơ lý oni | Kétqua

1 Đườngkih mm 03

2 Khối lượng rgng tín mô 09

3 ‘M6 dun dan hồi Gpa 35

4 (Cuong độ chịu kéo GPa 0,55 - 0,76.

5 Bodin di twong đi % 15-25

6 Khing kim, mudi axit sao

Một số tính năng của cốt sợi

= Chống co và nữt

— Tăng khả năng chống thắm, tính chống chịu ma sắt

Tăng khả năng chống chịu lạnh và điều kiện dong bang.

~ Tăng cường bảo vệ cốt thép chỉnh, thay thể đăng lưới thép

~ Ngăn chặn hiện tượng nứt vữa và sự phát tiễn vất nứt

— Tăng khả năng chịu va chạm và chống bong trée.

“Các lĩnh vực ứng dụng điển hình:

Công trình ngằm (đường xuyên núi, đường tàu điện ngầm.

kiện vòm định hinh, Các công trình quân sự.

Xây đựng các nhà cao ting;

Các cầu kiện bê tông đúc sin;

— Kết cầu cầu đường, sân bay, bến cảng;

Kit cấu đường sit

Cae đập thủy dign,

Cáchệu ng cấp thoát nước;

Để biển, dé chắn sóng;

“Các kết cầu đờ cho đào xúc ngẫm, khai mỏ,

Ba

): các trụ đỡ, các cấu

‘Tro bay là một trong những loại phụ gia khoáng đang được dùng phổ biển cho bê tông.

‘Tro bay là phần hạt mịn thu được trong quá trình đốt than khô dang bột trong các thiết

bị năng lượng kiểu mới, Than được dịch chuyển tới v 1g có nhiệt độ cao làm nóng,

chiy các chất tong thành phần than sau đố được chu sang vũng nhí độ thấp hơn