Tóm tắt: Nghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt Nam

Nghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt NamNghiên cứu ảnh hưởng do co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt Nam

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Bình Hà

Người hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Quốc Bảo

Phản biện 1: GS TSKH Nguyễn Đông Anh

Phản biện 2: PGS TS Hoàng Hà

Phản biện 3: TS Phùng Bá Thắng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

Vào hồi: …… giờ … ngày … tháng … năm 2024

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia và thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Tại Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc năm 2021 (COP 26), Chính phủ Việt Nam cam kết đạt mức phát thải ròng bằng không vào năm 2050

Hiện nay tại Việt Nam, cứ mỗi tấn xi măng phát thải ra 667,57kg CO2, trong khi sản lượng xi măng năm 2022 của Việt Nam là 99,7 triệu tấn Do đó, việc giảm lượng xi măng trong quá trình xây dựng tại nước ta sẽ đóng góp tích cực cho cam kết của Chính phủ

Bê tông Geopolymer (GPC) là bê tông không sử dụng chất kết dính xi măng

và tận dụng được nguồn phế thải của quá trình sản xuất công nghiệp như tro bay của nhà máy nhiệt điện; xỉ lò cao của nhà máy luyện gang, thép… Do đó, trên thế giới GPC được biết đến như là một vật liệu xanh, thân thiện với môi trường

và có nhiều đặc tính kỹ thuật tốt như hạn chế ăn mòn hóa học, bền trong môi trường xâm thực, phát triển cường độ ngắn ngày nhanh, khả năng chịu nhiệt tốt, không sinh nhiệt trong quá trình đổ bê tông

Tại Việt Nam, khối lượng bê tông xi măng (OPC) sử dụng trong các công trình cầu hiện nay là rất lớn, kết cấu dầm chủ yếu là OPC, kết cấu trụ thì gần như hoàn toàn là OPC Các kết cấu nhịp cầu đa số là dầm OPC ứng suất trước (UST),

do đó cần nghiên cứu áp dụng GPC UST vào trong công trình cầu sẽ góp phần giảm phát thải CO2

Khi thiết kế kết cấu BT UST thì việc xác định được mất mát ứng suất trước (MMUST) do ma sát, co ngắn đàn hồi, tụt neo, chùng dão, co ngót và từ biến là bắt buộc phải thực hiện, trong đó xác định được mất mát theo thời gian của co ngót và từ biến là rất quan trọng và khó khăn

Các nghiên cứu về kết cấu GPC UST hầu như không thấy công bố Các nghiên cứu về biến dạng dài hạn do co ngót và từ biến của GPC trên thế giới đến nay vẫn còn ít, kết quả rất phân tán, trước đây cho kết quả nhỏ hơn của OPC nhưng gần đây một số nghiên cứu lại cho kết quả ngược lại là giá trị của GPC lại lớn hơn

Với những lý do nêu trên, việc tiến hành: “Nghiên cứu ảnh hưởng do co ngót

và từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt Nam” là rất cần thiết

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu về MMUST do co ngót, từ biến của dầm cầu GPC UST, trong đó GPC sử dụng vật liệu ở Việt Nam

3 Mục tiêu của đề tài

(1) Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng GPC trên thế giới và ở Việt Nam (2) Nghiên cứu đề xuất đường quan hệ ứng suất - biến dạng khi nén của GPC

sử dụng vật liệu tại Việt Nam

(3) Nghiên cứu thực nghiệm về co ngót, từ biến của GPC, đo đạc MMUST trong cáp UST do co ngót, từ biến theo thời gian của dầm GPC UST

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Quan hệ ứng suất biến dạng khi nén; MMUST do co ngót và từ biến của dầm cầu GPC UST

Phạm vi nghiên cứu: GPC được chế tạo từ các vật liệu của Việt Nam và GPC UST được áp dụng cho công trình cầu

5 Phương pháp nghiên cứu

(1) Phương pháp nghiên cứu tài liệu: sử dụng để nghiên cứu tổng quan tài liệu nhằm kế thừa, tổng hợp, phân tích các nghiên cứu, ứng dụng GPC trong và ngoài nước

(2) Phương pháp lý thuyết: sử dụng các lý thuyết về bê tông; mô hình co ngót

và từ biến; mất mát ứng suất trước do co ngót và từ biến trong dầm UST (3) Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: để xác định đường quan hệ ứng suất biến dạng, co ngót, từ biến, mất mát ứng suất trước do co ngót, từ biến theo thời gian

(4) Phương pháp xử lý thông tin: các thông tin định tính và định lượng được

xử lý nhằm tìm ra các quy luật và các mối quan hệ phục vụ phân tích, so sánh kết quả nghiên cứu

6 Đóng góp mới của luận án

1 Đã xác định được mô đun đàn hồi, cường độ chịu nén, quan hệ ứng suất - biến dạng, biến dạng dài hạn do co ngót và từ biến trong 180 ngày và so sánh kết quả với mô hình co ngót và từ biến của của OPC theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2017 cho GPC chế tạo tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

2 Kết quả thực nghiệm đo đạc MMUST do co ngót và từ biến (bỏ qua mất mát do chùng dão) trong thời gian 6 tháng trên mô hình dầm GPC UST tiết diện chữ T dài 10,4m

3 Luận án đã sử dụng các hệ số co ngót và từ biến, cường độ, mất mát ứng suất do co ngót và từ biến để tính toán dầm cầu liên hợp I33m bằng GPC, các kết quả tính toán được so sánh với dầm tương tự sử dụng OPC cho thấy rằng sự làm việc của dầm GPC UST tương tự như dầm OPC UST

7 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Xác định được mô đun đàn hồi, cường độ chịu nén, quan hệ ứng suất biến dạng của vật liệu GPC sử dụng vật liệu tại Việt Nam;

- Các số liệu thực nghiệm về co ngót, từ biến của GPC, xác định đường cong thực nghiệm co ngót từ biến, so sánh với mô hình co ngót, từ biến của OPC theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2017, TCVN 11823-5:2017 sẽ giúp cho chúng ta có nhận thức chính xác và rõ ràng hơn về GPC

- Kết quả đo đạc mất mát ứng suất trong cáp UST do co ngót, từ biến trên mô hình dầm GPC UST tiết diện chữ T dài 10,4m được đo liên tục trong thời gian 6

tháng kể từ khi chế tạo dầm là rất quý giá cho những người nghiên cứu và thiết

kế dầm GPC UST

- Phân tích về MMUST do co ngót, từ biến trên mô hình cầu dầm giản đơn

sử dụng GPC và OPC

8 Nội dung của luận án được trình bày theo bố cục như sau:

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, các mục lục, luận án sẽ được bố cục thành

5 chương với cấu trúc và nội dung như sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về việc nghiên cứu ứng dụng GPC trên thế giới và Việt Nam

Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi, cường độ chịu nén, quan hệ ứng suất biến dạng, hệ số từ biến và co ngót của GPC

Chương 4: Thiết kế, đúc dầm thí nghiệm, theo dõi MMUS trong cáp UST do

co ngót và từ biến

Chương 5: Áp dụng GPC vào cầu dầm UST nhịp giản đơn 33m, so sánh MMUST do co ngót và từ biến khi sử dụng GPC và OPC

Kết luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỆC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GPC

TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM CẦU 1.1 Giới thiệu về GPC

Theo nhà khoa học người Pháp Joseph Davidovits, GPC là loại bê tông không

sử dụng xi măng làm chất kết dính (CKD), mà sử dụng nguồn vật liệu giàu khoáng Al2O3 và Si2O3 (alumino-silicat ) có trong xỉ lò cao và tro bay, được hoạt hóa trong môi trường kiềm làm CKD

1.1.1 Cấu trúc hình thành CKD geopolymer

Có khá nhiều nghiên cứu trên thế giới về cơ chế động học phản ứng giải thích quá trình đông kết và rắn chắc của CKD kiềm hoạt hóa Theo Davidovits J., cơ chế quá trình kiềm hoạt hóa bao gồm các phản ứng phân hủy nguyên liệu thành dạng cấu trúc ổn định thấp và phản ứng nội tại Trước tiên là quá trình bẻ gãy các liên kết cộng hóa trị Si-O-Si và Al-O-Si khi pH của kiềm tăng lên Vì thế những nhóm nguyên tố này được chuyển sang hệ keo Sau đó xảy ra sự tích tụ các sản phẩm bị phá hủy với phản ứng nội tại giữa chúng tạo cấu trúc ổn định thấp, tiếp theo ở giai đoạn thứ 3 là quá trình hình thành cấu trúc đông đặc 1.1.2 Những ưu, nhược điểm của GPC

Hiện nay GPC đã và đang được nghiên cứu rộng rãi do GPC có các tính chất

kỹ thuật cho các công trình xây dựng và góp phần bảo vệ môi trường, với các ưu nhược điểm chính sau

Ưu điểm :

+ Về khả năng chịu lực, GPC sử dụng tro bay sớm đạt cường độ cao sau phản ứng kiềm (đạt 60-70 MPa sau 24h)

+ Co ngót và từ biến của GPC tro bay nhỏ

+ GPC có khả năng chịu ăn mòn hóa học và tốt nhất là khả năng chịu axit + GPC chịu nhiệt tốt cả trong điều kiện môi trường thường và khắc nghiệt + Việc sử dụng GPC góp phần giảm hiện tượng nóng dần của trái đất do giảm phát thải CO2

+ Bên cạnh đó, việc sử dụng GPC sẽ giảm diện tích bãi chứa chất thải do tận dụng được các phế thải của quá trình sản xuất công nghiệp như: tro bay của nhà máy nhiệt điện; xỉ lò cao của nhà máy luyện gang, thép;

Nhược điểm :

+ GPC là loại vật liệu mới đối với ngành xây dựng của Việt nam nói chung

và ngành cầu nói riêng Tại Úc, Mỹ, Anh đã có những tiêu chuẩn khi áp dụng loại bê tông này, đặc biệt với cấu kiện đúc sẵn, tuy nhiên Việt Nam chưa có những quy định, tiêu chuẩn ban hành về loại bê tông này;

+ Đối với công trình có yêu cầu cường độ bê tông mác cao (>60Mpa) là kiểm soát hàm lượng chất hoạt (CHH) hóa khi chế tạo GPC Hàm lượng CHH >12% làm suy giảm đáng kể tính công tác (độ sụt <5cm) dẫn tới không thể sử dụng trong công tác bơm bê tông trong những công trình có quy mô lớn Đồng thời khi chế tạo GPC mác cao thì hàm lượng xỉ lò cao khá lớn so với tro bay, do đó quá trình đầm rung phải đặc biệt lưu ý để tránh dẫn tới hiện tượng tách nước + Giá thành: Một trong những hạn chế lớn của GPC thông thường là sử dụng CHH dạng lỏng (thủy tinh lỏng và dung dịch kiềm) Dạng CHH lỏng này yêu cầu phải được chuẩn bị trước dung dịch để đúng nồng độ mol quy ước, nguy hiểm khi tiếp xúc với dung dịch kiềm mạnh trực tiếp,… Một giải pháp để phổ biến việc áp dụng GPC là sử dụng CHH dạng tinh thể Tuy nhiên, việc nhập khẩu CHH dạng tinh thể còn khá hạn chế và làm tăng giá thành khi sử dụng GPC Chi phí CHH dạng tinh thể khoảng 0.8$/kg, vẫn còn quá cao so với bê tông thường + Do có thành phần tro bay là chất thải của nhà máy nhiệt điện, nên thường chỉ áp dụng ở những nước có nhà máy nhiệt điện phát triển;

+ Do có thành phần xỉ lò cao là chất thải của nhà máy luyện kim, hiện nay chưa có đánh giá về việc xỉ lò cao có ảnh hưởng thế nào đến sức khoẻ con người

vì nghi ngại trong xỉ lò cao vẫn chứa hàm lượng sắt, do đó GPC mác cao vẫn chưa được sử dụng rộng rãi

+ GPC chưa được nghiên cứu nhiều về kết cấu công trình

1.1.3 GPC sử dụng tro bay và xỉ lò cao

Để khắc phục được nhược điểm chính đối với bê tông GPC khi sử dụng tro bay là bảo dưỡng nhiệt, việc thay thế xỉ lò cao nhằm đảm bảo phát triển nhanh ở

độ tuổi ngắn ngày được coi là một trong những biện pháp nhằm tăng tính ứng dụng của loại bê tông này trong thực tế Tuy nhiên, ngoài thành phần khoáng tương tự như tro bay là Al2O3 và SiO2, trong xỉ lò cao còn có hàm lượng CaO rất lớn (20-40%), do đó sản phẩm của CaO tạo ra tác động lớn đến sự phát triển cường độ, tính chất cơ lý của loại bê tông này Các nghiên cứu gần đây đều chia

nguồn vật liệu đầu vào đối với bê tông GPC là nguồn có hàm lượng CaO cao và nguồn có hàm lượng CaO thấp Sản phẩm của phản ứng đối với nguồn CaO cao chủ yếu là gel (C-A-S-H) trong khi sản phẩm của nguồn vật liệu CaO thấp chủ yếu là (N-A-S-H)

1.2 Các đặc trưng cơ học của bê tông GPC

1.2.1 Cường độ chịu nén

1.2.2 Quan hệ ứng suất biến dạng

1.2.3 Cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo

1.2.4 Mô đun đàn hồi và hệ số poisson

1.2.5 Tính chất co ngót

Như đã trình bày ở trên, để áp dụng GPC một cách rộng rãi, việc sử dụng cả

xỉ lò cao vào thành phần của GPC nhằm tăng cường độ ở độ tuổi ngắn ngày và không phải bảo dưỡng nhiệt đã được nghiên cứu Các phản ứng kiềm hoạt hóa với xỉ lò cao (AAS) và phản ứng kiềm hoạt hóa với tro bay (AAF) cho ra các sản phẩm phản ứng khác nhau, dẫn đến những tính chất về co ngót tự sinh khá khác nhau Tuy nhiên, co ngót tự sinh của sản phẩm thuần túy của phản ứng giữa tro bay và các chất kiềm hoạt hóa gần như không đáng kể (do không có các phản ứng thủy hóa) nên các nghiên cứu tập trung vào co ngót tự sinh đối với GPC chỉ

sử dụng với nguồn là 100% xỉ lò cao và hỗn hợp của tro bay và xỉ lò cao 1.2.5.1 Đối với GPC sử dụng tro bay

Đối với GPC tro bay được bảo dưỡng nhiệt, co ngót thấp hơn so với bê tông OPC Một số nghiên cứu đo sự co ngót của bê tông GPC tại 56 ngày khoảng 200 microstrain hoặc thấp hơn Theo B.V Rangan 2014 biến dạng co ngót khoảng 100.10-6 sau 1 năm

1.2.5.2 Co ngót của GPC sử dụng xỉ lò cao

Nhiều tài liệu đã nói về sự co ngót tự sinh của AAS, người ta nhận thấy rằng

sự co ngót tự sinh của AAS được thể hiện rõ ngay cả ở tỷ lệ N/CKD tương đối cao (0,4-0,5) Cartwright và cộng sự 2014 cho rằng độ co ngót tự sinh của vữa AAS có thể cao gấp 5 lần so với vữa OPC với tỷ lệ N/XM là 0,4 Fang và cộng

sự cũng cho rằng đối với vữa AAS, ở tuổi 2 ngày giá trị co ngót tự sinh cao hơn nhiều, 7000 μm/m

Thành phần chất kích hoạt và tỷ lệ N/CKD đều ảnh hưởng đến độ co tự sinh của AAS Một số nghiên cứu đã cho rằng độ co tự sinh của AAS tăng lên khi tăng hàm lượng Na2O và SiO2 trong chất kích hoạt và giảm tỷ lệ N/CKD Zhenming LI 2021 chỉ ra rằng, độ co ngót tự sinh của bê tông AASF thấp hơn

bê tông AAS trong toàn bộ thời gian nghiên cứu Độ co ngót tự sinh của bê tông AAS và AASF phát triển nhanh chóng trong một đến hai ngày đầu tiên Ở tuổi

21 ngày, độ co ngót tự sinh của bê tông AAS và AASF lần lượt đạt 609 và 325 µm/m

Chi Hou Un 2017, cũng đã có nghiên cứu về co ngót của GPC và OPC và so sánh độ co ngót tự sinh của chúng với nhau Kết quả thử nghiệm lên tới 600

ngày Kết quả co ngót cuối cùng của GPC300614-Sh là 870 microstrain, tương

tự như GPC221013-Sh Điều này cho thấy tính nhất quán giữa hai mẫu này Tuy nhiên, nó cao hơn co ngót của OPCC020714-Sh, có 680 microstrain ở cùng độ tuổi

1.2.6 Tính chất từ biến

1.2.6.1 Từ biến của GPC bảo dưỡng nhiệt

Hệ số từ biến của GPC bảo dưỡng nhiệt và chịu tải trọng tác dụng trong thời gian 1 năm, với cường độ nén 40, 47 và 57 MPa là trong khoảng 0,6 đến 0,7 Trong khi GPC có cường độ nén 67 MPa thì giá trị này trong khoảng 0,4-0,5 Giá trị cụ thể của từ biến, được định nghĩa là giá trị của biến dạng trên 1 đơn vị ứng suất duy trì liên tục Giá trị này chỉ bằng khoảng 50% so với giá trị khuyến cáo trong tiêu chuẩn Úc cho OPC

1.2.6.2 Từ biến của GPC có thành phần xỉ lò cao

Đối với GPC từ hỗn hợp xỉ lò cao, Collins và Sanjayan nhận thấy rằng mặc

dù GPC từ xỉ lò cao cho thấy độ bền cao hơn OPCC, nhưng nó có độ co ngót và

từ biến lớn hơn OPCC

Chi Hou Un năm 2017 cũng đã chỉ ra rằng hệ số từ biến của GPC có sử dụng vật liệu tro bay và xỉ lò cao cao hơn của OPC

1.3 Những nghiên cứu và áp dụng GPC trên thế giới

Trên thế giới hiện nay GPC đã được ứng dụng làm các công trình ống thoát nước, cống hộp, tà vẹt đường sắt, tường chắn đất, Cầu bản sử dụng GPC cường

độ 40MPa, dầm panen đúc sẵn dài 10,8m

1.4 Những nghiên cứu và áp dụng GPC tại Việt Nam

Trong những năm qua tại Việt Nam, GPC hầu như chưa được sử dụng trong thực tế mà chỉ đang trong quá trình nghiên cứu Các bài báo nghiên cứu, các luận văn thạc sĩ, luận án tiến sĩ Hiện nay, mới chỉ có một sản phẩm thương mại sử dụng công nghệ geopolymer là gạch đất không nung của công ty Huệ Quang - gạch silicat 2009

1.5 Những vấn đề còn tồn tại

Về biến dạng dài hạn do co ngót từ biến:

- Với GPC tro bay được bảo dưỡng nhiệt thì co ngót và từ biến thấp hơn OPC, tuy nhiên việc bảo dưỡng nhiệt này sẽ khó áp dụng cho công tác đổ bê tông tại chỗ và các kết cấu lớn Ngược lại, GPC kết hợp tro bay và xỉ lò cao sẽ khắc phục được công tác bảo dưỡng nhiệt, cường độ bê tông đảm bảo, nhưng hệ số co ngót

và từ biến của GPC lại lớn hơn OPC Tại Việt Nam, hiện cũng đã có nhiều nghiên cứu về GPC Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào về biến dạng dài hạn do co ngót

và từ biến đối với GPC

- Nghiên cứu tại Việt Nam của TS Trần Việt Hưng (2017) [27] về vật liệu GPC đã đề xuất được mô hình để xác định sức kháng uốn của mặt cắt dầm GPC tro bay cốt thép áp dụng cho kết cấu cầu Tuy nhiên, trong luận án của TS Trần

Việt Hưng chưa công bố về nghiên cứu biến dạng dài hạn của co ngót từ biến cũng như kết cấu GPC UST

Biến dạng do co ngót và từ biến ảnh dưởng đến sự làm việc của kết cấu, biến dạng phát sinh ra nội lực thứ cấp (đối với hệ siêu tĩnh)… Do đó cần nghiên cứu biến dạng dài hạn do co ngót và từ biến của GPC trong điều kiện sử dụng vật liệu tại Việt Nam

Về kết cấu dầm GPC UST

- Các nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới chủ yếu là với mẫu thử, áp dụng kết cấu bê tông cốt thép thường, mặt đường bê tông, cống hộp, cầu bản, nhà Đến nay mới có nghiên cứu tà vẹt sử dụng cáp UST và không tìm thấy kết quả nghiên cứu hay tài liệu nào về kết cấu dạng dầm GPC UST

- Đối với kết cấu nhịp lớn nói chung và nhịp cầu nói riêng thì việc sử dụng kết cấu ứng suất trước chiếm đa số, và để tính toán thiết kế kết cấu DUL thì việc quan trọng là phải quan tâm đến MMUST và trong MMUST của dầm thì MMUST do co ngót và từ biến có ảnh hưởng lớn và quan trọng Đặc biệt với vật liệu mới thì nghiên cứu MMUST do co ngót và từ biến của kết cấu dầm GPC UST lại càng quan trọng và cần thiết hơn

Với các tồn tại như đã nêu, để áp dụng rộng rãi vật liệu GPC UST cho kết cấu nhịp lớn nói chung và công trình cầu nói riêng, việc tiến hành: “Nghiên cứu ảnh hưởng do co ngót từ biến đến mất mát ứng suất trước của dầm cầu bê tông Geopolymer ứng suất trước chế tạo tại Việt Nam” là rất cần thiết

1.6 Xây dựng giả thuyết nghiên cứu

Hiện nay, các thí nghiệm dài hạn để theo dõi về co ngót và từ biến của vật liệu GPC trên thế giới còn rất ít và ở Việt Nam thì chưa thấy công bố kết quả thí nghiệm về co ngót và từ biến, về sự làm việc của dầm GPC UST

Giả thiết nghiên cứu chính của đề tài là:

(1) Giá trị co ngót và từ biến của GPC sử dụng tro bay, xỉ lò cao và chất hoạt hóa dạng tinh thể có thể sẽ lớn hơn OPC có cùng cường độ

(2) MMUST trong cáp UST do co ngót và từ biến của GPC tro bay và xỉ lò cao có thể sẽ lớn hơn OPC

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu: MMUST trong dầm GPC UST áp dụng cho công trình cầu được chế tạo từ các vật liệu của Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu:

(1) Các cơ sở khoa học, các luận cứ và các phương pháp phân tích, tổng hợp, thu thập tài liệu và các phương pháp thí nghiệm liên quan đến kết cấu BTCT, BT UST sử dụng vật liệu GPC ngành xây dựng nói chung và cho ngành cầu nói riêng

(2) Thực nghiệm về quan hệ ứng suất biến dạng, co ngót, từ biến của GPC, xác định đường cong thực nghiệm co ngót từ biến, so sánh với mô hình co ngót

từ biến của AASHTO LRFD 2017, TCVN 11823-5:2017

(3) Thực nghiệm và tính toán MMUST trong cáp UST của dầm GPC UST dài 10,4m; So sánh MMUST trong cáp UST của cầu UST sử dụng GPC và OPC được tính theo TCVN 11823-5:2017

Phương pháp nghiên cứu

(1) Phương pháp nghiên cứu tài liệu: sử dụng để nghiên cứu tổng quan tài liệu nhằm kế thừa, tổng hợp, phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước về vật liệu GPC đã được công bố

(2) Phương pháp lý thuyết: sử dụng các lý thuyết về bê tông, về mô hình co ngót và từ biến

(3) Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: để xác định các tính chất cơ học,

co ngót, từ biến, mất mát ứng suất do co ngót và từ biến

(4) Phương pháp xử lý thông tin: các thông tin định tính và định lượng được

xử lý nhằm tìm ra các quy luật và các mối quan hệ phục vụ phân tích, so sánh kết quả nghiên cứu

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trên cơ sở tổng hợp các nghiên cứu trên thế giới cũng như tại Việt Nam về GPC, các tồn tại cần được tiếp tục nghiên cứu, các giả thuyết ở Chương 1 Chương này sẽ trình bày nội dung cơ sở khoa học và các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm xác định cường độ chịu nén, quan hệ ứng suất biến dạng, mô đun đàn hồi, hệ số co ngót, từ biến Nguyên tắc thiết kế mô hình dầm thí nghiệm 2.1 Phương pháp thí nghiệm cường độ chịu nén theo tiêu chuẩn ASTM C39, TCVN 3118-2022

2.2 Thí nghiệm xác định quan hệ ứng suất - biến dạng và mô đun đàn hồi của bê tông theo ASTM C469

2.3 Co ngót của bê tông

2.3.1 Co ngót tự sinh (Autogenous Shirnkage)

2.3.2 Co ngót khô

2.3.3 Một số mô hình dự báo biến dạng co ngót của bê tông trong các tiêu chuẩn hiện hành

2.3.4 Thực nghiệm xác định biến dạng co ngót TCVN 3117-2022 và ASTM C157/C157M-17

2.4 Từ biến của bê tông

2.4.1 Những vấn đề cơ bản về từ biến của bê tông

2.4.2 Xác định đặc trưng từ biến theo AASHTO-LRFD 2017 và TCVN 11823-2017

2.4.3 Thực nghiệm đo đạc biến dạng từ biến theo ASTM C512

2.5 Thiết kế mô hình dầm thí nghiệm

Với mục đích nghiên cứu sự ảnh hưởng của co ngót và từ biến đến mất mát ứng suất trước trong dầm GPC dự ứng lực, cần phải thực nghiệm trên mô hình

để từ đó có thể suy ra được sự mất mát ứng suất trong dầm cầu GPC dự ứng lực trong thực tiễn

Việc thiết kế mô hình thí nghiệm phải đáp ứng các yêu cầu của suy luận tương

tự (analogue), suy luận tương tự là phương pháp suy luận căn cứ vào một số thuộc tính giống nhau của hai đối tượng để rút ra kết luận về thuộc tính giống nhau khác của chúng

Để đảm bảo độ tin cậy của phép suy luận thì cần những điều kiện sau:

- Số dữ kiện tương tự giữa hai đối tượng càng nhiều thì xác suất đúng của kết luận càng chính xác;

- Số dữ kiện là thuộc tính bản chất chung giữa hai đối tượng càng nhiều thì xác suất của kết luận càng chính xác;

- Những dữ kiện tương tự giữa hai đối tượng phải liên quan trực tiếp đến kết luận;

Căn cứ vào yêu cầu trên, mô hình thí nghiệm được thiết kế phải thỏa mãn các điều kiện sau:

Nó phải được thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2017

Chiều cao dầm h thỏa mãn điều kiện = ÷ thông thường có thể chọn

= và chọn chiều cao này cần chú ý đến khả năng của việc chế tạo, hệ thống thí nghiệm… ví dụ chiều cao nhỏ thì có đảm bảo bố trí được các cốt thép trong tiết diện đúng như yêu cầu không? Và từ điều kiện này để lựa chọn chiều dài của dầm thí nghiệm… cần chú ý sự tương quan giữa chiều dài và chiều cao và năng lực chế tạo, thí nghiệm dầm

Số lượng cốt thép ứng suất trước được chọn sao cho đáp ứng yêu cầu là trục trung hòa của dầm T đi qua sườn

Khoảng cách giữa các cốt thép ứng suất trước phải thỏa mãn yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế bảng 5.9.4.1-1 tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2017

Cự ly giữa các thanh cốt thép phải thỏa mãn điều 5.10.3

Lực căng trong cáp đáp ứng yêu cầu trong bảng 5.9.2.2-1 - Giới hạn ứng suất cho thép ứng suất trước

Kích thước của bầu dầm phải thỏa mãn điều kiện bố trí thép ứng suất trước Các thép thường được bố trí theo yêu cầu của tiêu chuẩn

Với các yêu cầu thiết kế dầm chủ yếu như trên thì quan sát phản ứng (sự làm việc) của dầm thí nghiệm cũng có thể suy ra sự làm việc của dầm GPC ứng suất trước trong thực tế, tức là đối với tải trọng tác dụng thì độ võng, phát triển vùng nứt, chiều cao vùng nén, sự làm việc chịu uốn, chịu cắt… và ảnh hưởng của co ngót từ biến đến mất mát ứng suất trong cáp ứng suất trước của dầm thí nghiệm sẽ có thể dựa vào đó để kết luận của về phản ứng của dầm trong thực tiễn theo phương pháp suy luận tương tự

2.6 Nhận xét chương 2

Kết quả nghiên cứu chương 2 rút ra nhận xét như sau:

- Đã tổng hợp các lý thuyết về co ngót, từ biến của bê tông, các phương pháp thực nghiệm, cách tính toán hệ số co ngót từ biến theo các tiêu chuẩn;

- Phương pháp thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, quan hệ ứng suất biến dạng, thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông

- Nguyên lý và cơ sở thiết kế dầm thí nghiệm

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI, CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN, QUAN HỆ ỨNG SUẤT BIẾN

DẠNG, HỆ SỐ TỪ BIẾN VÀ CO NGÓT CỦA GPC

3.1 Thành phần cấp phối mẫu thí nghiệm và dầm GPC UST

Với mục đích chế tạo ra loại GPC sử dụng tro bay và xỉ lò cao và không phải bảo dưỡng nhiệt, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã nghiên cứu chế tạo ra GPC đạt được cường độ 45MPa đến 55MPa để có thể áp dụng cho các kết cấu xây dựng nói chung và kết cấu cầu nói riêng Qua nhiều thí nghiệm, thành phần vật liệu GPC trong luận án được lấy như trong Bảng sau:

Bảng 3-1 Thành phần cốt liệu bê tông GPC mẫu thí nghiệm

+ Tỷ lệ FA/GBFS là 1:3 với mong muốn không cần dưỡng hộ nhiệt và cải thiện sớm cường độ ở độ tuổi ngắn ngày;

+ Activator dạng khô với tỷ lệ cố định là SiO2/Na2O là 2,1 nghiên cứu sử dụng (ACT)/ (FA+GBFS) 10%;

+ Để đạt được tính công tác và cường độ yêu cầu, sử dụng N/CKD là 0.39; + Sử dụng hàm lượng phụ gia siêu dẻo theo khối lượng lần lượt là 1,5% (SP/100kg B) gốc Polyethylene Glycol Methacrylate để đạt được tính công tác

và cường độ yêu cầu

3.2 Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tông GPC

Tiến hành đúc 6 mẫu trụ có kích thước 150x300 mm Thí nghiệm nén mẫu tại các thời điểm 7 và 28 ngày tuổi để đánh giá sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian (Hình 3-1)

Các mẫu trụ trước khi bị phá hoại đều hình thành các vết nứt dọc theo đường sinh của hình trụ Khi phá hoại, phần mẫu bị vỡ thành các khối kim tự tháp đối đỉnh, mặt cắt bề mặt phá hoại mẫu chạy qua các viên cốt liệu lớn

Cường độ chịu nén của bê tông tăng theo thời gian Nguyên nhân do quá trình phản ứng polymer hóa giữa dung dịch kiềm và các khoáng chứa Al, Si vẫn diễn

ra theo thời gian

Cường độ chịu nén của Bê tông phát triển cường độ khá nhanh ở 7 ngày tuổi

Cụ thể: cấp phối GPC tại cường độ 7 ngày tuổi f’cr7= 47,1 MPa tương ứng với 86% cường độ f’cr28=54,9 MPa Cường độ của Bê tông từ 7 ngày tới 14 ngày tăng 8,8%, từ 14 ngày đến 28 ngày tăng 5,2% Đối với bê tông thường f’cr7 chỉ

khoảng 70 đến 80% cường độ so với f’cr28 Đây là một ưu điểm khi sử dụng bê tông GPC Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam cho thấy cường độ sau

28 ngày tuổi phát triển khá chậm Do đó GPC cũng lấy cường độ tại 28 ngày tuổi tương tự BTXM để đi tính toán cường độ chịu nén của bê tông

Hình 3-1 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén (trái) và mẫu bị phá huỷ (phái)

Bảng 3-2 Cường độ chịu nén của GPC tại 7 và 28 ngày tuổi

TT phối Cấp mẫu Tên Tuổi

Cường độ (MPa)

f’ci f’cr

1 GPC

GPC1 7 47,9 GPC2 7 46,9 47,1 GPC3 7 46,6

GPC4 28 54,6 GPC5 28 54,1 54,9 GPC6 28 56,0

3.3 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi và quan hệ ứng suất biến dạng Tiến hành đúc 3 mẫu trụ kích thước 150x300mm để xác định mô đun đàn hồi

và quan hệ ứng suất biến dạng của bê tông GPC Các mẫu được ký hiệu là GPC1, GPC2, GPC3

Các mẫu thí nghiệm được làm phẳng bề mặt bằng vữa xi măng có cường độ lớn hơn cường độ mẫu Đo biến dạng bằng lá điện trở Strain gauges phân bố đều quanh chu vi mẫu Các đầu đo của lá điện trở và dụng cụ đo lực điện tử Load cell được kết nối với bộ xử lý số liệu Data- Logger TDS 530

3.3.1 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi

Hình 3-2 Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu GPC1 (Đến 40% f’c) Kết quả mô đun đàn hồi của mẫu GPC1 có giá trị 35700MPa

Hình 3-3 Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu GPC2 (Đến 40% f’c) Kết quả mô đun đàn hồi của mẫu GPC2 có giá trị 35800MPa

Hình 3-4 Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu GPC3 (Đến 40% f’c) Kết quả mô đun đàn hồi của mẫu GPC3 có giá trị 35800MPa

Như vậy, kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của 3 mẫu GPC 1, 2, 3 cho kết