nghiên cứu chế tạo cấu kiện bê tông cốt thép có sử dụng sợi nhựa cốt liệu nhân tạo trong công trình thủy lợi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠNINH HOÀI PHƯƠNG DUY NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ SỬ DỤNG SỢI NHỰA, CỐT LIỆU NHÂN TẠO TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI LUẬN VĂN T

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

NINH HOÀI PHƯƠNG DUY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ SỬ DỤNG SỢI NHỰA, CỐT LIỆU NHÂN TẠO TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

MÃ SỐ 8580202

NĂM 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

NINH HOÀI PHƯƠNG DUY

MÃ SỐ HV: M4221029

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ SỬ DỤNG SỢI NHỰA, CỐT LIỆU NHÂN TẠO TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

MÃ SỐ 8580202

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS LÊ HOÀNG

NĂM 2023

CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG

Luận văn này, với đề tựa là “Nghiên cứu chế tạo cấu kiện bê tông cốt thép có sử dụngsợi nhựa, cốt liệu nhân tạo trong công trình thủy lợi” do học viên Ninh Hoài PhươngDuy thực hiện theo sự hướng dẫn của TS Lê Hoàng Luận văn đã báo cáo và được Hộiđồng chấm luận văn thông qua ngày: …/…/2023 Luận văn đã được chỉnh sửa theo góp

ý các thành viên Hội đồng và được Hội đồng chấm luận văn xem lại và thống nhất

TS Lê Hoàng

LỜI CẢM TẠ

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Trường Bách Khoa, Khoa sau đại học, Trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hướng dẫn cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Lê Hoàng ngườitrực tiếp hướng dẫn và Thầy PGS.TS Bùi Lê Anh Tuấn đã tận tình hỗ trợ cho tôi trongsuốt quá trình thực hiện luận văn

Cảm ơn các Lãnh đạo và đồng nghiệp tại Ban Quản lý Dự án ODA – Trường Đạihọc Cần Thơ đã hỗ trợ, tạo điều kiện để tôi học tập nâng cao trình độ, đồng thời cảm

ơn các bạn học viên cùng khóa học đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian họctập

Cuối cùng, tôi xin biết ơn đối với gia đình, bạn bè, những người đã luôn độngviên tôi và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp cho tôi hoàn thành luận văn này

Ninh Hoài Phương Duy

8 TÓM TẮT

Trong nghiên cứu này, hỗn hợp bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo có sợi nhựa(FLWAC) được tạo ra từ việc thêm sợi nhựa Polyamide (PA) vào hỗn hợp bê tông cốtliệu nhân tạo với các tỷ lệ 0,5%, 1,0% và 1,5% khối lượng thể tích của bê tông Kếtquả kiểm tra cho thấy hỗn hợp FLWAC có tỷ lệ sợi nhựa PA 0,5% có độ sụt đạt70mm, khối lượng thể tích khô giảm 9,4% so với hỗn hợp bê tông thông thường(NAC) Cường độ chịu nén đạt 25,85MPa đáp ứng được yêu cầu cường độ chịu néntheo tiêu chuẩn TCVN 9139:2012 Cường đô chịu uốn và cường độ chịu kéo khi épcủa hỗn hợp được cải thiện lần lượt 36% và 25% so với hỗn hợp bê tông cốt liệu nhẹnhân tạo (LWAC) Vận tốc xung siêu âm đạt 3,37km/s Độ thấm Ion Chloride là715,6C ở mức rất thấp theo tiêu chuẩn ASTM C 1202 – 12

Các cấu kiện dầm được sản xuất từ cấp phối FLWAC0.5 đều cho thấy sự cảithiện về khả năng chịu tải, độ biến dạng và quá trình hình thành vết nứt ở vùng đàn hồi

so với các cấu kiện được sản xuất từ cấp phối LWAC Kết quả từ nghiên cứu này chothấy tính khả thi trong việc ứng dụng cấp phối FLWAC cho các cấu kiện bê tông trongcông trình thủy như: kết cấu khung công tác phía trên các cống, kết cấu dầm bao chocác kè,…

Từ khóa: Sợi nhựa PA, Bê tông công trình thủy, LWAC, độ thấm Ion Chloride,

FLWAC

Nghiên cứu chế tạo cấu kiện bê tông cốt thép có sử dụng sợi nhựa, cốt liệu nhântạo trong công trình thủy lợi (FLWAC) Sợi nhựa Polyamit (PA) sẽ được thêm vào hỗnhợp bê tông cốt liệu nhân tạo với các tỷ lệ 0,5%, 1,0% và 1,5% theo khối lượng thểtích của bê tông Các tính chất cơ lý như độ sụt, độ co ngót, cường độ chịu nén, cường

độ chịu uốn, độ bề kéo khi ép chẻ, vận tốc truyền sóng, và khả năng chống thấm ionclorua của hỗn hợp FLWAC sẽ được kiểm tra và so sánh với các mẫu đối chứng lầnlượt được sản xuất từ hỗn hợp bê tông thông thường (NAC) và hỗn hợp bê tông cốtliệu nhẹ nhân tạo (LWAC) Kết quả về độ sụt của bê tông đạt yêu cầu thiết kế và cóchiều hướng giảm khi hàm lượng sợi PA tăng, khối lượng thể tích khô của FLWACgiảm từ 9 % ÷11 % so với bê tông đối chứng NAC và nhưng lại cao hơn 5,9 % ÷ 7,8

% so với bê tông LWAC và đạt yêu cầu bê tông nhẹ theo tiêu chuẩn EN 206-1: 2013,cường độ chịu nén đáp ứng được yêu cầu bê tông nhẹ và bê tông công trình thủy lợi vềcường độ chịu nén theo tiêu chuẩn lần lượt là ASTM C330/C330M-17a, ACI 318-11

và TCVN 9139:2012 Cường độ chịu uốn, cường độ chịu kéo khi ép của FLWACđược cải thiện hơn so với LWAC Vận tốc xung siêu âm và độ thấm Ion Clurua củacác mẫu FLWAC có chiều hướng tăng khi hàm lượng sợi PA tăng trong cấp phối bêtông Qua kết quả đánh giá về các tính chất của bê tông, cấp phối FLWC0.5 sử dụng

cốt liệu nhân tạo với 0,5% sợi PA được sử dụng để sản xuất cấu kiện dầm trong nghiêncứu

Các cấu kiện dầm được sản xuất từ các cấp phối FLWAC0.5 có kích thước chiềucao 200 mm, chiều rộng 150mm và chiều dài 2200mm, sử dụng thép chịu uốn là 4D10

và 4D12, nhằm đánh giá khả năng làm việc chịu uốn của các cấu kiện này, thép đaiD6a100 được thiết kế nhằm hạn chế khả năng bị phá hoại do cắt Các cấu kiện dầm sẽđược thí nghiệm uốn và so sánh kết quả với các cấu kiện dầm tương ứng được sản xuất

từ cấp phối NAC và LWAC Đồng thời, các kết quả thí nghiệm dầm sẽ được so sánhvới kết quả tính toán theo TCVN 5574:2018 Kết quả đánh giá hiệu suất của cấp phốiFLWAC trong kết cấu dầm uốn cho thấy mẫu dầm hoàn toàn phù hợp để sử dụng kếtcấu Sự phù hợp này thể hiện rõ ràng cả về khả năng chịu tải và độ biến dạng (chuyểnvị) của chúng

Từ khóa:Cốt liệu nhân tạo, Sợi nhựa PA, LWAC, FLWAC

In this study, artificial lightweight aggregate concrete with plastic fibers(FLWAC) mixture was created by adding Polyamide (PA) plastic fibers to the artificialaggregate concrete mixture at a ratio of 0,5%, 1,0% and 1,5% by weight of concretevolume Test results show that FLWAC mixture with 0,5% PA plastic fiber ratio has aslump of 70mm and dry density reduced by 9,4% compared to normally aggregateconcrete mixture (NAC) The compressive strength reaches 25,85MPa, meeting thecompressive strength requirements according to TCVN 9139:2012 standards Theflexural strength and compressive strength of the mixture were improved by 36% and25%, respectively, compared to the artificial lightweight aggregate concrete (LWAC)mixture Ultrasonic pulse speed reaches 3,37km/s The chloride ion permeability is715.6C which is very low according to ASTM C 1202 – 12

Beam structures created from FLWAC0.5 mixture show improvements in carrying capacity, deformation and crack formation in the elastic zone compared tostructures created from LWAC mixture The results of this study show the feasibility ofapplying FLWAC mixture to concrete structures in irrigation works such as framestructures above culverts, embankment beam structures

load-Keywords: PA plastic fibers, Hydraulic concrete, chloride ion permeabilityLWAC , FLWAC

Researching and manufacturing reinforced concrete structures using plastic fibersand artificial aggregate in irrigation works (FLWAC) Polyamide plastic (PA) wasadded to the artificial aggregate concrete mixture at 0.5%, 1.0%, and 1.5% according tothe volume volume of concrete Mechanical properties such as slump, shrinkage,compressive strength, bending intensity, pulling surface when squeezing, wave velocity,and waterproofing chloride waterproofing of the FLWAC mixture were tested andcompared with the control samples, in turn, were produced from the conventionalconcrete mixture (NAC) and lightweight aggregate concrete mixture (LWAC) Theresults of the slump of concrete meet the design requirements and tend to decrease as the

PA fiber content increases, the dry volume of FLWAC decreases from 9 % ÷ 11 %compared to the NAC control concrete but high More than 5.9 % ÷ 7.8 % compared toLWAC concrete and meet lightweight concrete requirements according to EN 206-1:

2013 standards, compressive strength meets light concrete requirements and concreteworks The benefits of compressive strength according to the standard are ASTMC330/C330M-17A, ACI 318-11 and TCVN 9139: 2012 The bending and tensileintensity of the FLWAC press are improved compared to LWAC The velocity ofultrasound pulse and ion absorbency of FLWAC models tends to increase when the pafiber content increases at the concrete level Through the evaluation results of the

properties of concrete, the FLWC0.5 grant uses artificial aggregate with 0.5% PA fiber

to produce beam components in the study

The beam components were manufactured from FLWAC0.5 levels with a height

of 200 mm, 150mm wide, and 2200mm in length, 01 structure using vertical steel is4D10, and 01 structure using vertical steel is 4D12 The beam components were alsotested, and the results were compared to the corresponding beam components producedfrom NAC and LWAC On the other hand, the experimental results were compared tothe calculation results according to TCVN 5574: 2018 The performance evaluation ofthe FLWAC level in the bending beam structure showed that the beam sample wasentirely suitable for the structure This conformity clearly shows both load capacity anddeformation (displacement)

Keywords: Artificial aggregate, Polyamide plastic fiber (PA), LWAC, FLWAC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện Tất cả cácnguồn tài liệu, kết quả phân tích được sử dụng trong luận văn do tôi tự tìm hiểu vàchưa từng được công bố trong các luận văn khác

MỤC LỤC

CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG i

LỜI CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH BIỂU HÌNH ix

DANH SÁCH BIỂU BẢNG .xii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xiii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .1

1.1 Giới thiệu chung .1

1.2 Giới thiệu về bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo .1

1.3 Giới thiệu về bê tông có sử dụng cốt liệu sợi .2

1.4 Mục tiêu nghiên cứu .4

1.5 Nội dung nghiên cứu .4

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .4

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .5

2.1 Nghiên cứu về bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo .5

2.2 Nghiên cứu về bê tông có sử dụng cốt liệu sợi .7

2.3 Tính cấp thiết của đề tài .10

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .12

3.1 Lược đồ nghiên cứu .12

3.2 Kiểm tra tính chất của vật liệu sản xuất bê tông .14

3.2.1 Cốt liệu min (Cát) .14

3.2.2 Cốt liệu lớn (đá 1x2 và cốt liệu nhẹ nhân tạo) .16

3.2.3 Xi măng .19

3.2.4 Sợi nhựa .20

3.2.5 Phụ gia siêu dẻo và nước .22

3.3 Cấp phối bê tông .23

3.4 Kiểm tra các tính chất bê tông .25

3.4.1 Thí nghiệm kiểm tra độ sụt .25

3.4.2 Thí nghiệm kiểm tra độ co ngót .25

3.4.3 Thí nghiệm kiểm tra khối lượng thể tích khô .26

3.4.4 Thí nghiệm kiểm tra cường độ nén .27

3.4.5 Thí nghiệm kiểm tra cường độ uốn .28

3.4.6 Thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo khi ép .30

3.4.7 Thí nghiệm xác định E - Modulus khi nén .31

3.4.8 Thí nghiệm kiểm tra độ thấm Ion Chloride .33

3.4.8 Thí nghiệm kiểm tra vận tốc xung sóng siêu âm .36

3.5 Chương trình thí nghiệm cấu kiện dầm BTCT .37

3.5.1 Thiết kế mẫu dầm thí nghiệm .37

3.5.2 Thiết kế thí nghiệm .37

3.5.3 Tiến hành thí nghiệm .39

3.5.4 Phân tích và đánh giá kết quả .39

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .45

4.1 Tính chất cơ lý của vật liệu sản xuất bê tông .45

4.2 Cấp phối bê tông .47

4.3 Các tính chất của bê tông .48

4.3.1 Độ sụt và khối lượng thể tích khô .48

4.3.2 Độ co ngót của bê tông .49

4.3.3 Cường độ chịu nén của bê tông .51

4.3.4 Cường độ chịu uốn của bê tông .53

4.3.5 Cường độ chịu kéo khi ép của bê tông .56

4.3.6 Xác định Modul đàn hồi của bê tông .58

4.3.7 Độ thấm Ion Chloride của bê tông .60

4.3.8 Tốc độ xung sóng siêu âm trong bê tông .62

4.4 Kết quả thí nghiệm chịu uốn cấu kiện bê tông .63

4.4.1 Chuẩn bị cấu kiện dầm thí nghiệm .64

4.4.2 Tiến hành thí nghiệm .66

4.4.3 Kết quả thí nghiệm và phân tích .70

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .76

5.2 Kiến nghị .77

TÀI LIỆU THAM KHẢO .78

PHỤ LỤC A 83

PHỤ LỤC B 90

PHỤ LỤC C 93

PHỤ LỤC D 96

PHỤ LỤC E 102

CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG .ii

LỜI CẢM TẠ .ii

TÓM TẮT .iii

ABSTRACT .iv

LỜI CAM ĐOAN .v

MỤC LỤC .vi

DANH SÁCH BIỂU HÌNH .ix

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .xiii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .1

1.1 Giới thiệu chung .1

1.2 Giới thiêu về bê tông cốt liệu nhẹ .1

1.3 Giới thiệu về bê tông cốt sợi .2

1.4 Mục tiêu nghiên cứu .43

1.5 Nội dung nghiên cứu .4

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .54

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .65

2.1 Nghiên cứu về bê tông cốt liệu nhẹ .65

2.2 Nghiên cứu về bê tông cốt sợi .87

2.3 Tính cấp thiết của đề tài .10

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1211

3.1 Lược đồ nghiên cứu .1211

3.2 Kiểm tra tính chất của vật liệu sản xuất bê tông .1413

3.2.1 Cốt liệu min (Cát) .1413

3.2.2 Cốt liệu lớn (đá 1x2 và cốt liệu nhẹ nhân tạo) .1615

3.2.3 Xi măng .1918

3.2.5 Phụ gia siêu dẽodẻo và nước .2221

3.3 Cấp phối bê tông .2322

3.4 Kiểm tra các tính chất bê tông .2423

3.4.1 Thí nghiệm kiểm tra độ sụt .2423

3.4.2 Thí nghiệm kiểm tra độ co ngót .2524

3.4.3 Thí nghiệm kiểm tra khối lượng thể tích khô .2625

3.4.4 Thí nghiệm kiểm tra cường độ nén .2726

3.4.5 Thí nghiệm kiểm tra cường độ uốn .2827

3.4.6 Thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo khi ép .2928

3.4.7 Thí nghiệm xác định E - Modulus khi nén .3130

3.4.8 Thí nghiệm kiểm tra độ thấm Ion CloruaIon Chloride .3231

3.4.8 Thí nghiệm kiểm tra vận tốc xung sóng siêu âm .3534

3.5 Chương trình thí nghiệm cấu kiện dầm BTCT .3635

3.5.1 Thiết kế mẫu dầm thí nghiệm .3635

3.5.2 Thiết kế thí nghiệm .3635

3.5.3 Tiến hành thí nghiệm .3837

3.5.4 Phân tích và đánh giá kết quả .3837

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .4443

4.1 Tính chất cơ lý của vật liệu sản xuất bê tông .4443

4.2 Cấp phối bê tông .46

4.3 Các tính chất của bê tông .47

4.3.1 Độ sụt và khối lượng thể tích khô .47

4.3.2 Độ co ngót của bê tông .48

4.3.3 Cường độ chịu nén của bê tông .49

4.3.4 Cường độ chịu uốn của bê tông .52

4.3.5 Cường độ chịu kéo khi ép của bê tông .55

4.3.6 Xác định Modul đàn hồi của bê tông .57

4.3.7 Độ thấm Ion ClorideChloride của bê tông .59

4.3.8 Tốc độ xung sóng siêu âm trong bê tông .60

4.4 Kết quả thí nghiệm chịu uốn cấu kiện bê tông .62

4.4.1 Tính toán độ võng dầm và sự hình thành vết nứt theo TCVN 5574:2018 (Phục lục D) .62

4.4.3 Tiến hành thí nghiệm .65

4.4.4 Kết quả thí nghiệm và phân tích .69

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .75

5.1 Kết luận .75

5.2 Kiến nghị .76

TÀI LIỆU THAM KHẢO .77

PHỤ LỤC A .82

PHỤ LỤC B .89

PHỤ LỤC C .92

PHỤ LỤC D .95

PHỤ LỤC E .101

DANH SÁCH BIỂU HÌNH

Hình 2.1 Một số công trình ứng dụng tro bay và cốt liệu nhẹ nhân tạo: 787

Hình 2.2 Một số công trình có sử dụng sợi trong bê tông: 10109

Hình 3.1 Lược đồ nghiên cứu 131312 Hình 3.2 Máy nén đơn trục thí nghiệm cường độ nén từng viên 191918

Hình 3.3 Một số sản phẩm từ nhưanhựa PA 212120

Hình 3.3 Dụng cụ thí nghiệm độ sụt của hỗn hợp bê tông (A) Côn, (B) thước thép, (C) Thanh sắt Ø16 252524

Hình 3.4 Dụng cụ thí nghiệm độ co ngót của hỗn hợp bê tông (a) Khuôn 7,5x7,5x28,5cm; (b) Máy đo co ngót; (c) Thanh chuẩn; 252524

Hình 3.5 Dụng cụ thí nghiệm kiểm tra cường độ nén (a) khuôn đúc mẫu 15x15x15cm; (b) Máy nén thủy lực 282726

Hình 3.6 Dụng cụ thí nghiệm kiểm tra độ bền uốn (a) khuôn đúc mẫu 10x10x40cm; (b) Máy nén thủy lực 282827

Hình 3.7 Sơ đồ thí nghiệm kiểm tra độ bền uốn 292827

Hình 3.8 Sơ đồ cụ thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo đứt (a) khuôn đúc mẫu trụ 15x30cm; (b) Máy nén thủy lực 303029

Hình 3.9 Sơ đồ mẫu thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo đửt 313029

Hình 3.10 Quy trình xác định Modul đàn hồi cát tuyến ban đầu và ổn định (Phương pháp A) 333231

Hình 3.11 Thiết bị Xác định độ thấm Ion Clo bằng phương pháp đo điện lượng (a) Khoang điện áp; (b) Thiết bị xử lý dữ liệu tự động 343332

Hình 3.12 Sơ đồ đấu nối điện tiêu biểu khi thí nghiệm 353433

Hình 3.13 Thiết bị bảo hòa chân không 353433

Hình 3.14 Sơ đồ định vị đầu dò 363534

Hình 3.15 Thiết kế dầm bê tông chuẩn bị thí nghiệm 373635

Hình 3.16 (a) Kích thủy lực; (b) Bơm tay 383736

Hình 3.17 (a) Đồng hồ đo chuyển vị; (b) Thiết bị đo chiều rộng vết nứt 383736

Hình 3.18 (a) StrainGauges, Keo dán chuyên dụng CN, Băng SB bảo vệ StrainGauges; (b) DataLogger nhận và đọc tín hiệu StrainGauges 383736

Hình 3.19 Sơ đồ thí nghiệm cấu kiện dầm bê tông 383736

Hình 4.1 (a) Cốt liệu nhẹ nhân tạo sản xuất từ tro bay; (b) Sợi nhựa PA 464544

Hình 4.2 Kết quả phân tích SEM của cốt liệu nhẹ nhân tạo 464544

Hình 4.3 Độ sụt của các mẫu bê tông; (a) NAC; (b) LWAC; (c) FLWAC0.5; (d) FLWAC1.0; (e) FLWAC1.5 494848

Hình 4.4 Độ co ngót của các mẫu bê tông; (a) NAC; (b) LWAC; (c) FLWAC0.5; (d) FLWAC1.0; (e) FLWAC1.5 504949

Hình 4.5 Kết quả thí nghiệm cường độ nén của bê tông 515050

Hình 4.6 Mẫu bê tông trước và sau khi kiểm tra cường độ nén; (a)(b)NAC; (c)(d) LWAC; (e)(f) FLWAC0.5; (g)(h) FLWAC1.0; (i)(j) FLWAC1.5 535252

Hình 4.7 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu uốn của bê tông 545353

Hình 4.8 Mẫu bê tông trước và sau khi kiểm tra cường độ uốn; (a)(b)NAC; (c)(d) LWAC; (e)(f) FLWAC0.5; (g)(h) FLWAC1.0; (i)(j) FLWAC1.5 555454

Hình 4.9 Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi ép của bê tông 565555

Hình 4.10 Mẫu bê tôngtrước và sau khi kiểm tra cường độ kéo khi ép; (a)(b)NAC; (c) (d) LWAC; (e)(f) FLWAC0.5; (g)(h) FLWAC1.0; (i)(j) FLWAC1.5 585757

Hình 4.11 Kết quả thí nghiệm Module đàn hồi cát tuyến của bê tông 595858

Hình 4.12 Mẫu bê tông thí nghiệm E-Modulus; (a) NAC; (b) LWAC; (c) FLWAC0.5; (d) FLWAC1.0; (e) FLWAC1.5 605959

Hình 4.13 Kết quả thí nghiệm thấm Ion ClorideChloride của bê tông 605959

Hình 4.14 Thí nghiệm đo độ thấm Ion CloruaIon Chloride của bê tông; (a) Mẫu thí nghiệm; (b) Hút chân không mẫu; (c) Lắp mẫu vao khoang điện áp; (d) Kết nối thiết bị đo Ion CloruaIon Chloride và nhiệt độ cho mẫu; (e) Bắt đầu thí nghiệm; (f) Kết thúc thí nghiệm 616060

Hình 4.15 Kết quả thí nghiệm thấm Ion ClorideChloride của bê tông 626161

Hình 4.16 Thí nghiệm đo tốc độ xung siêu âm trong bê tông; (a) Cài đặt thông số theo thanh chuẩn; (b) NAC; (c) LWAC; (d) FLWAC0.5; (e) FLWAC1.0; (f) FLWAC1.5 636262

Hình 4.17 Độ võng tính toán theo TCVN 5574:2018 636262

Hình 4.18 Gia công cốt thép cho mẫu dầm thí nghiệm 646464

Hình 4.19 Mài và xử lý bề mặt trước khi lắp đặt StrainGauges ở các dầm FLWAC .646464

Hình 4.20 Lắp đặt StrainGauges ở các dầm FLWAC 656464

Hình 4.21 Lắp đặt băng chống thấm SB và quấn băng bảo vệ StrainGauges 656464

Hình 4.22 Kiểm tra điện trở của StrainGauges trước và sau khi đổ bê tông 656565

Hình 4.23 Chuẩn bị ván khuôn và lắp đặt thép vào ván khuôn 666565

Hình 4.24 Đổ bê tông dầm và tháo ván khuôn sau 24h 666565

Hình 4.25 Bảo dưỡng dầm và sơn kẻ ô trước khi làm thí nghiệm 666565

Hình 4.26 Bố trí thí nghiệm cấu kiện dầm (a) NAC10; (b) NAC12; (c) LWAC10; (d) LWAC12; (e) FLWAC10; (f) FLWAC12 676666

Hình 4.27 Thí nghiệm uốn cấu kiện dầm giai đoạn xuất hiện vết nứt (a) NAC10; (b) NAC12; (c) LWAC10; (d) LWAC12; (e) FLWAC10; (f) FLWAC12 686767

Hình 4.28 Thí nghiệm uốn cấu kiện dầm giai đoạn tải lớn nhất(a) NAC10; (b) NAC12; (c) LWAC10; (d) LWAC12; (e) FLWAC10; (f) FLWAC12 696868

Hình 4.29 Thí nghiệm uốn cấu kiện dầm giai đoạn kết thúc (a) NAC10; (b) NAC12; (c) LWAC10; (d) LWAC12; (e) FLWAC10; (f) FLWAC12 696969

Hình 4.30 Mô men giới hạn của cấu kiện (a) 10; (b) 12 717171

Hình 4.31 Biểu độ tải trọng tác dụng và chuyển vị của dầm thí nghiệm (a) 5574:2018; NAC10; LWAC10; FLWAC10; (b) 5574:2018; NAC12; LWAC12; FLWAC12 .727171

Hình 4.32 Biểu độ chuyển vị của StrainGauge của dầm FLWAC10 727272

Hình 4.33 Biểu độ chuyển vị của StrainGauge của dầm FLWAC12 737272

Hình 4.34 Một số hình ảnh vùng phá hủy ở giữa cấu kiện dầm thí nghiệm 757474

DANH SÁCH BIỂU BẢNG

Bảng 3.1 Tiêu chuẩn thí nghiệm các tính chất của cốt liệu nhẹ nhân tạo 181817

Bảng 3.2: Xác định mức độ thấm Ion CloruaIon Chloride theo tiêu chuẩn ASTM C 1202 - 12 343332

Bảng 4.1 Thành phần hóa học của xi măng, tro bay (nguồn: Kim Anh, 2023) 4544

Bảng 4.2 Tính chất của các vật liệu sản xuất bê tông .4746

Bảng 4.6 Cấp phối bê tông .4847

Bảng 4.7 Kết quả thí nghiệm độ sụt và khối lượng thể tích khô của bê tông .4847

Bảng 4.8 Kết quả thí nghiệm độ co ngót của bê tông 5049

Bảng 4.9 Thông số của các cấu kiện dầm thí nghiệm 63

Bảng 4.10 Kết quả thí nghiệm của các cấu kiện dầm thí nghiệm 7170

Bảng 4.1 Thành phần hóa học của xi măng, tro bay (nguồn: Kim Anh, 2023) .43

Bảng 4.2 Tính chất của các vật liệu sản xuất bê tông .45

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm kiểm tra thành phần hạt của cát .45

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm kiểm tra thành phần hạt của đá 1x2 .45

Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm kiểm tra thành phần hạt của cốt liệu nhẹ nhân tạo 46

Bảng 4.6 Cấp phối bê tông .47

Bảng 4.7 Kết quả thí nghiệm độ sụt và khối lượng thể tích khô của bê tông .47

Bảng 4.8 Kết quả thí nghiệm độ co ngót của bê tông .49

Bảng 4.9 Thông số của các cấu kiện dầm thí nghiệm .63

Bảng 4.10 Kết quả thí nghiệm của các cấu kiện dầm thí nghiệm .70

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

-NAC Cấp phối bê tông thông thường Normal Aggregates Concrete

algorithmDmax Đường kính lớn nhất của cốt liệu -

Dmin Đường kính nhỏ nhất của cốt liệu

EPS Cốt liệu rỗng polystyrene Expanded polystyrene

EN Tiêu chuẩn Châu Âu The standard is adopted by theEuropean community

-FLWAC1.0

Cấp phối bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ nhân tạo với 1,0% sợi nhựa PA

-FLWAC1.5

Cấp phối bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ nhân tạo với 1,5% sợi nhựa PA

-SEM Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscopy

Vp Khối lượng thể tích của vữa

-CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu chung

Trong ngành xây dựng, bê tông là loại vật liệu nhân tạo thông dụng, quan trọng

mà khó có thể thay thế được Tùy mục đích sử dụng, cường độ, khả năng chịu tải mà

có các cấp phối phù hợp khác nhau, nhưng nhìn chung thành phần chính của bê tôngtruyền thống vẫn gồm có: Cốt liệu thô (đá 1x2); Cốt liệu mịn (cát, bột đá), chất kếtdính (xi măng) Theo thống kê của Bộ Xây dựng, trong năm 2015, nhu cầu sử dụng cátchỉ vào khoảng 92 triệu m nhưng năm 2020 nhu cầu này đã tăng lên đến 160 triệu m3 .3Trong khi đó, tổng tài nguyên cát của Việt Nam ước khoảng 2,3 tỷ m3 song chủ yếu làcát cho xây trát và san nền Cát cho sản xuất bê tông không nhiều, chỉ chiếm khoảng30%, tập trung chủ yếu ở một số địa phương như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc,Thanh Hóa, Quảng Ngãi, Phú Yên, Bình Thuận, Kon Tum, Đồng Nai và Đồng Tháp.Theo nghiên cứu của Tổ chức quốc tế về bảo tồn thiên nhiên tại Việt Nam (WWF ViệtNam), trữ lượng cát ở ĐBSCL có thể cạn kiệt trước năm 2035 nếu tốc độ khai tháchiện tại được duy trì Trữ lượng cát ở đáy sông được đo đạc là 367-550 triệu m³, vớilượng cát khai thác từ 2017-2022 ở mức 35-55 triệu m³/năm Lượng cát từ thượngnguồn đổ về ĐBSCL chỉ khoảng 2-4 triệu m³/năm do phần lớn bị giữ lại ở các đậpthuỷ điện (Trung Chánh, 2023) Riêng đối với đá xây dựng, trữ lượng đá xây dựng tạiViệt Nam được đánh giá là rất lớn và đủ khả năng thoả mãn mọi nhu cầu xây dựngtrong nước Các mỏ đá được tìm kiếm, khảo sát thăm dò làm đá xây dựng ước tính trên

42 tỷ m³ (bao gồm cả cấp A, B, C1, C2, và P), với trữ lượng ở cấp A trên 1 triệu m³,cấp B trên 22 triệu m³, và cấp C1 trên 245 triệu m³ (Cổng thông tin điện tử Bộ Xâydựng, 2023) Những vật liệu này đều được sản xuất từ các nguyên liệu có sẵn trong tựnhiên, và việc khai thác sử dụng chúng đang làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môitrường Chưa kể đến việc khan hiếm nguyên vật liệu đang làm tăng chi phí xây dựngtrong công trình Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cho thấy, việc thêm cốt sợi vào hỗnhợp bê tông giúp tăng khả năng chịu uốn của bê tông

Bê tông là vật liệu xây dựng nhân tạo có tính chất cơ lý bền, chịu nén tốt vàkhó phá hủy, được cấu thành từ các vật liệu trong tự nhiên: chất kết dính xi măngcùng với các cốt liệu như đá, sỏi và cát Tuy nhiên, bê tông lại có một số hạn chếnhư: trọng lượng nặng, chịu nén tốt nhưng chịu kéo, uốn kém, dễ nứt khi co ngót,nguồn nguyên vật liệu đang ngày càng khang hiếm

Để khắc phục các hạn chế trên có rất nhiều phương pháp được đưa ra như sửdụng cốt liệu nhẹ để giảm trọng lượng của bê tông, kết hợp với cốt thép hay cốtsợi để tăng khả năng chịu uốn của bê tông

1.2 Giới thiêu thiệu về bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo

Kể từ những năm 1920, khi ngành công nghiệp nhiệt điện bắt đầu phát triển đếnnay, hàng triệu tấn tro xỉ và các phụ phẩm khác liên quan được tạo ra Ước tính hàngnăm trên thế giới có khoảng 600 triệu tấn tro than bị thải ra, 75-80% trong số chúng,tương đương khoảng 500 triệu tấn là tro bay và những con số này đang ngày một tăng

do các nhà máy và nhà máy nhiệt điện đang mọc lên nhanh chóng và đó đã trở thànhmột vấn đề môi trường nghiêm trọng (Ahmaruzzaman, 2010)

Vì thế việc thu gom và tận dụng nó để sản xuất cốt liệu cho bê tông đang đượcđặc biệt quan tâm Ngoài việc giảm thiểu khai thác tài nguyên thiên nhiên, giảm chấtthải ra môi trường, cốt liệu sản xuất từ tro bay còn giúp giảm đáng kể trọng lượng của

bê tông Bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo có khối lượng thể tích khô dưới 2000kg/m3 (EN206-1: 2013), giúp giảm đáng kể chi phí cho nền móng, nâng cao khả năng vận chuyển

và lắp đặt các cấu kiện và mang lại những lợi ích kinh tế - kỹ thuật to lớn

Bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo (LWAC) là một hỗn hợp đặc biệt trong đó cốt liệunhẹ nhân tạo được sử dụng để thay thế cho cốt liệu thông thường Bê tông cốt liệunhẹLWAC, như tên gọi, là một loại bê tông trong đó cốt liệu truyền thống được thaythế bằng cốt liệu nhẹ, chẳng hạn như tro bay, hạt rỗng cỡ micro hoặc đá trân châutrương nở Ưu điểm chính của LWAC bao gồm khả năng chịu tải giảm do trọng lượngriêng thấp hơn nhưng vẫn giữ được độ bền cần thiết, giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển

và xây dựng Về mặt cấu trúc, thành phần xốp của nó cũng mang lại khả năng cáchnhiệt và cách âm đáng chú ý Hơn nữa, LWAC còn tự hào có khả năng chống cháyđáng kể, giảm các mối đe dọa tiềm ẩn liên quan đến hỏa hoạn Với các thuộc tính của

nó, LWAC rất phù hợp cho các thành phần kết cấu khác nhau, bao gồm tường và sàn

Sự kết hợp giữa ưu điểm giảm trọng lượng và cách nhiệt khiến nó trở thành lựa chọn

ưu tiên cho các ngôi nhà, tòa nhà chọc trời, các công trình đập, kè và các dự án ưu tiêntrọng lượng và hiệu quả năng lượng

Có nhiều định nghĩa khác nhau về bê tông cốt liệu nhẹLWAC, điều đó thỉnhthoảng tạo ra sự mơ hồ khi thảo luận về vật liệu Có những sự khác biệt về các yếu tốnhư cường độ, khối lượng thể tích và phân loại cụ thể Ví dụ, hướng dẫn ACI 213R-14(2014) mô tả đặc điểm của bê tông nhẹ kết cấu (SLC) bằng cách đặt giới hạn chocường độ nén mẫu hình trụ ở mức 17 MPa và khối lượng thể tích trong khoảng từ

1120 đến 1920 kg/m3 Tuy nhiên, mật độ xác định của bê tông (SDC) không có điềukiện tiên quyết về cường độ nhưng thường có phạm vi mật độ từ 800 đến 2240 kg/m3.SLC thể hiện cường độ nén 40 MPa sau 28 ngày được coi là bê tông nhẹ cường độcao Các tiêu chuẩn châu Âu tiếp cận điều này một cách khác nhau cấp độ bền tối thiểu

là 12MPa, và 80 MPa là cấp độ bền tối đa (BS EN 206:2013) Theo Tiêu chuẩn ViệtNam TCVN 9029:2017 và TCVN 5574:2018 việc sử dụng các mác bê tông bị giới hạn

từ B1.0 đến B40

1.3 Giới thiệu về bê tông có sử dụng cốt liệu sợi

Bê tông là vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất do có nhiều ưu điểm nhưchi phí thấp, tính sẵn có và khả năng ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, bê tông thôngthường vẫn có những nhược điểm nhất định như độ bền kéo thấp, khả năng hình thành

và lan truyền vết nứt cao Các vết nứt thường phát triển theo thời gian do nhiều nguyênnhân khác nhau như co ngót dẻo ở bê tông tươi, co ngót ở bê tông đã cứng và tải trọng

cơ học Các vết nứt sẽ làm tăng tính thấm của bê tông, khiến cấu trúc vi mô của nó tiếpxúc với các chất có hại như độ ẩm, clorua, sunfat, brom và gây ăn mòn cốt thép Vìvậy, nâng cao cường độ và độ bền của bê tông luôn là mục tiêu quan trọng của các nhànghiên cứu ngày nay Trong đó, việc sử dụng sợi trong bê tông là một cách tiết kiệm

và hiệu quả để đạt được cường độ và độ dẻo mong muốn của bê tông (Dogan &Demir, 2021)

Theo báo cáo của ACI Committee 544 (2001) việc đưa sợi vào bê tông dẫn đếnnhững thay đổi về đặc tính sau đàn hồi từ nhỏ đến đáng kể, tùy thuộc vào một số yếu

tố, bao gồm cường độ khối, loại sợi, mô đun sợi, tỷ lệ hướng của sợi, cường độ sợi,đặc tính liên kết bề mặt sợi, hàm lượng sợi, hướng sợi và hiệu ứng kích thước tổnghợp

Bê tông có sử dụng cốt liệu sợi (FRC) là bê tông được làm chủ yếu từ xi măngthủy lực, cốt liệu và sợi gia cố rời rạc Sợi thích hợp để gia cố bê tông được sản xuất từthép, thủy tinh và polymer hữu cơ (sợi tổng hợp) Sợi amiăng tự nhiên và sợi thực vật,chẳng hạn như sợi sisal và đay, cũng được sử dụng để gia cố Hỗn hợp bê tông có thể

là vữa, các hỗn hợp có tỷ lệ thông thường hoặc các hỗn hợp được thiết kế đặc biệt chomột ứng dụng cụ thể (ACI Committee, 2001)

Một số ưu điểm của bê tông cốt sợiFRC:

- Bê tông cốt sợiFRC có thể đáp ứng đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật của cácloại bê tông thông thường, ngoài ra cong có khả năng hạn chế rạn nứt, chịuuốn và chịu cắt tốt

- Bê tông cốt sợiFRC được đánh giá có đội dẻo dai và độ bền cao

- Nhờ kết hợp với cốt liệu sợi mà độ kiên cố và rắn chắc của bê tông cốtsợiFRC được tăng lên rất nhiều lần, vì thế giúp tăng khả năng chịu tải tốt

- Bê tông sợiFRC có kết cấu đặc biệt nên ít bị mài mòn hơn, ngăn chặn bề mặtsàn bê tông xuất hiện các vết thủng lỗ gây mất thẩm mỹ và thiếu an toàn.Một số nhược điểm của bê tông cốt sợiFRC:

- Bê tông cốt sợiFRC có khả năng cách âm không cao cũng như cách nhiệtkém

- Cần có biện pháp thi công chuẩn do bê tông cốt sợiFRC rất dễ xảy ra tìnhtrạng các sợi không được trộn và phân táng đồng đều, điều đó ảnh hưởng lớn

- Trọng lượng nặng hơn so với bê tông thông thường

Hình 1.1 Một vài hình dạng sợi cơ bản được nêu trong báo cáo của ACI Committee

Phân tích ứng xử của cấu kiện BTCT có sử dụng sợi nhựa, cốt liệu nhẹ nhân tạo

để đánh giá khả năng ứng dụng sợi nhựa trong sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép trongcông trình thủy

1.5 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu lựa chọn cấp phối bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo có sử dụng sợi nhựaphù hợp với tiêu chuẩn 5574:2018 Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép:

- Sản xuất cốt liệu nhẹ nhân tạo đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế bê tông

- Thiết kế cấp phối bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo có sử dụng sợi nhựa;

- Đánh giá tính chất của bê tông và lựa chọn cấp phối bê tông phù hợp sản xuấtcấu kiện BTCT;

Phân tích ứng xử cấu kiện BTCT có sử dụng sợi nhựa,, cốt liệu nhẹ nhân tạo:

- Thiết kế và chế tạo cấu kiện BTCT có sử dụng sợi nhựa kết hợp cốt liệu nhẹnhân tạo;

- Phân tích khả năng chịu Mô men giới hạn, độ võng, sự hình thành vết nứt,của cấu kiện BTCT;

- Tính toán độ võng dầm và sự hình thành vết nứt theo TCVN 5574:2018 hoặcthiết lập mô hình mô phỏng ứng xử của cấu kiện bằng phần mềm Abaqus;

- So sánh kết quả thí nghiệm thực tế của cấu kiện BTCT có sử dụng sợi nhựa,cốt liệu nhẹ nhân tạo và các mẫu đối chứng

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo có sử dụng sợi nhựa;

Cấu kiện dầm BTCT có sử dụng sợi nhựa, cốt liệu nhẹ nhân tạo làm từ tro baythay thế hoàn toàn đá tự nhiên

Mô men giới hạn, sự hình thành vết nứt, độ võng, … của cấu kiện dầm BTCT

Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu ứng xử của cấu kiện dầm BTCT

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Nghiên cứu về bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng vật liệu nhẹnhân tạo thân thiện với môi trường để thay thế vật liệu tự nhiên đã thu hút được sựquan tâm đáng kể của cộng đồng khoa học Một ví dụ điển hình là việc tái chế và sửdụng tro bay, sản phẩm phụ từ các nhà máy điện đốt than Có hai phương pháp chính

để sản xuất vật liệu nhẹ nhân tạo: liên kết thiêu (Lo et al., 2016; Nguyễn Công Thắng

và ctv., 2018) và liên kết nguội (Hwang & Trần Vũ An, 2015; Their & Ozakca, 2018).

Trong số này, phương pháp liên kết thiêu được đánh giá sẽ cho ra cốt liệu có cường độnén cao hơn, tuy nhiên phương pháp liên kết nguội được đánh giá là tiết kiệm nănglượng và thân thiện với môi trường hơn nên thường được ưu tiên sử dụng Lượng trobay khổng lồ thải ra từ các nhà máy nhiệt điện than cần được sử dụng hiệu quả Đồngthời, nhu cầu sử dụng vật liệu tự nhiên trong xây dựng rất cao, đặc biệt là tình trạngthiếu đá tự nhiên như hiện nay Vì vậy, nghiên cứu phát triển cốt liệu nhân tạo là giảipháp cần thiết hiện nay Bằng cách sử dụng tro bay với một lượng nhỏ xi măng làmchất kết dính, vật liệu nhẹ nhân tạo này nổi lên như một sự lựa chọn thân thiện với môitrường cho bê tông nhẹ, đồng thời giúp tiêu thụ một lượng lớn tro bay (Bùi Lê Anh

Tuấn và ctv., 2022).

Đã có khá nhiều nghiên cứu có liên quan đến việc sản xuất và ứng dụng cốt liệunhẹ nhân tạo trong sản xuất bê tông Qua thử nghiệm LWA được sản xuất từ tro bay từnhà máy nhiệt điện bằng phương pháp liên kết nguội có khối lượng thể tích thấp(1,002 g/cm3), độ hút nước (15,67%) tăng gấp 3 lần so với cốt liệu tự nhiên (5,21%) vàvới hàm lượng xi măng 8% cường độ nén từng viên đạt 1,08MPa Hỗn hợp bê tôngđược sản xuất từ cốt liệu này có độ hút nước thấp, khối lượng thể tích khô giảm từ12% đến 16% và cường độ đạt 90% đến 97% so với bê tông thông thường (Bùi Lê

Anh Tuấn và ctv., 2022) Gunning et al.(2009) cũng có kết quả tương tự ở nghiên cứu

trước đó, các cốt liệu được sản xuất từ chất thải công nghiệp và carbon dioxide thôngqua việc sử dụng công nghệ cacbon hóa gia tốc để liên kết cacbon đioxit thànhcacbonat rắn có tỷ trọng khối lượng lớn dưới 1000 kg/m3 và khả năng hấp thụ nướccao Các mẫu bê tông đúc có chứa cốt liệu nhẹ đạt cường độ nén 24 MPa ở 28 ngàytuổi Ngoài ra, các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tỷ lệ nước trên chất kết dính (w/b) cũnglàm ảnh hưởng đến các tính chất của hỗn hợp bê tông nhẹ Khi so sánh bê tông nhẹ sửdụng cốt liệu tro bay nung kết với bê tông thông thường với các tỷ lệ w/b từ 0,30 đến0,50 Kết quả thử nghiệm chỉ ra rằng khi thay thế hoàn toàn cốt liệu tự nhiên bằng cốtliệu nhẹ, khối lượng thể tích của bê tông giảm 20% (khoảng 2000-2050kg/m3) Với tỷ

lệ w/b 0,30; 0,35 và 0,40 các chỉ tiêu về cường độ, cường độ kéo nứt, kháng ioncloruaIon Chloride của LWC đều thấp hơn NWC nhưng với tỷ lệ w/b 0,4 và 0,5 các

chỉ số này lại tương đương nhau ở 90 ngày, điều này có thể lý giải do đặc tính phảnứng chậm của tro bay (Dinakar, 2013).

Một số nghiên cứu khác nhằm sản xuất bê tông cường độ cao sử dụng cốt liệunhẹ từ tro bay sản xuất bằng phương pháp nung kết thành các kích thước phù hợp Bêtông được sản xuất bằng cách sử dụng các loại cốt liệu này có độ sụt khoảng 85 mm,

có khối lượng thể tích nhẹ hơn khoảng 22% (1780-1815 kg/m3) và đạt cường độ nén66,75MPa ở 28 ngày tuổi, cao hơn 30% so với bê tông cốt liệu thông thường Độ congót khi khô ít hơn khoảng 33% so với bê tông có trọng lượng bình thường Cốt liệu

có đặc tính cần thiết trong các kết cấu cường độ cao (Kayali, 2008) Một nghiên cứukhác đã chứng minh bê tông nhẹ hiệu suất cao (LWC) được làm bằng LWA (60% Trobay + 40% Xi măng và 30% Tro bay + 40% Xi măng + 30%Tro trấu) có khối lượngđơn vị thấp hơn 2000 kg/m3 Cường độ chịu nén ở 28 ngày của LWC nằm trongkhoảng 49 đến 57 MPa Kết quả của các bài kiểm tra điện trở suất và vận tốc xung siêu

âm cho thấy rằng các LWC có thể được coi là bê tông bền (Bùi Lê Anh Tuấn et al.,

2012)

Đánh giá của các nghiên cứu trước đây cho thấy trọng lượng riêng của các cốtliệu này thường thấp hơn 16 - 46% so với cốt liệu có trọng lượng tiêu chuẩn, dẫn đếnkhả năng hấp thụ nước tăng lên Bê tông tro bay thiêu kết thể hiện các đặc tính đángchú ý về trạng thái tươi, độ bền cơ học và tuổi thọ Bê tông được tạo thành từ cốt liệusản xuất từ tro bay thiêu kết có cường độ nén 28 ngày trong khoảng 27-74 MPa vàkhối lượng thể tích từ 1651-2017 kg/m3 Độ mịn của tro bay ảnh hưởng trực tiếp đếncác thuộc tính vật lý của cốt liệu thu được Trong số các chất kết dính, bentonite nổibật là chất được sử dụng thường xuyên nhất, với liều lượng ưa thích từ 15 đến 35%hàm lượng bột Góc của đĩa tạo hạt có thể dao động trong khoảng từ 35° đến 70°,trong khi tốc độ của nó có thể thay đổi từ 20 đến 50 vòng/phút Thông thường, nhiệt

độ thiêu kết dao động trong khoảng 1000 đến 1200°C Cốt liệu được tạo ra chủ yếu códạng hình cầu và trọng lượng riêng của chúng dao động từ 1,33 đến 2,35 Khối lượngthể tích nằm trong khoảng từ 765 đến 936 kg/m3 (Nadesan & Dinakar, 2017)

Đông và ctv, (2021) đã tiến hành thí nghiệm các cấu kiện dầm có kích thước150x200x2200mm được sản xuất từ hỗn hợp LWAC và các thép dọc thay đổi d8, d10,d12 Kết quả thí nghiệm được so sánh với các mẫu dầm tương tự được sản xuất từNAC và số liệu tính toán theo TCVN 5574:2018 Kết quá cho thấy, mặc dù có sựchênh lệch giữa thực nghiệm và tính toán, sự chênh lệch về tải trọng và độ võng tạithời điểm xuất hiện vết nứt ở giai đoạn đàn hồi là khá thấp (dưới 10%) nhưng sau đóphát triển nhanh Tuy nhiên, việc thay thế hoàn toàn cốt liệu tự nhiên (đá 1x2) bằng cốtliệu nhẹ nhân tạo để chế tạo cấu kiện dầm với đường kính cốt thép dọc không nhỏ hơn10mm là khả thi

Hình 2.1 Một số công trình ứng dụng tro bay và cốt liệu nhẹ nhân tạo(a) Nhà máy thủy điện Sơn La (nguồn: https://baochinhphu.vn/cong-ty-thuy-dien-son-la-can-

(f) Cầu dự án liên kết Biển Bandra Worli.i(nguồn: bandra-worli-sealink-bridge).

https://structurae.net/en/media/253972-(d)

2.2 Nghiên cứu về bê tông có sử dụng cốt liệu sợi

Ngược lại với cường độ nén cao, bê tông có cường độ kéo thấp, cấu trúc giòn

và hình thành vết nứt là những vấn đề cần phải giải quyết để xây dựng được những công trình an toàn Theo ACI 213R-14 (2014) định nghĩa bê tông cốt liệu nhẹ kết cấu (SLWAC) là bê tông có cường độ nén tối thiểu 28 ngày là 17 MPa và khối lượng thể tích trong khoảng từ 1120 đến 1920 kg/m 3 Tuy nhiên, bê tông nhẹ thường dễ bị phá hủy hơn khi chịu ứng suất so với bê tông thông thường với cùng

tỷ lệ hỗn hợp và cường độ nén, do khả năng biến dạng dẽodẻo và biên dạng đàn hồi kém Hơn nữa, tính chất cơ học của bê tông nhẹ nhìn chung thấp hơn so với

bê tông thông thường Như đã biết, cách phổ biến nhất để tăng cường độ và độ dẻo của bê tông là thêm các loại sợi khác nhau vào hỗn hợp bê tông (Guler, 2018) Trong số tất cả các loại sợi, sợi thép được sử dụng thường xuyên nhất để nâng cao tính chất cơ học của SLWAC Tuy nhiên, việc bổ sung sợi thép vào SLWAC, đặc biệt ở thể tích lớn hơn 1% sẽ làm tăng khối lượng thể tích của SLWAC do trọng lượng riêng của sợi thép cao Hơn nữa, sợi thép có khả năng chống ăn mòn thấp và ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền lâu dài và hiệu suất của bê tông Do đó, để thay thế cho sợi thép, các loại sợi tổng hợp khác nhau như carbon, aramid, polyester, polypropylen (PP), polyetylen (PE) và rượu polyvinyl hiện được sử dụng phổ biến ở dạng đơn hoặc dạng hỗn hợp trong hỗn hợp bê tông (Guler, 2018).

Trong nghiên cứu của mình, Do an & Demir, (2021) cũng đã nêu rằng sợi Polymer mang lại hiệu suất tốt hơn sợi thép hoặc sợi thủy tinh Khả năng dễ bị ăn mòn của sợi thép là một trong những yếu tố làm giảm độ bền của bê tông cốt sợi thép, dẫn đến nứt vỡ Trong khi đó, sợi polymer có khả năng chống lại các phản ứng kiềm, rỉ sét, clo và muối cao hơn, giúp cấu kiện bền hơn Do đó, việc sử dụng sợi polymer làm cốt liệuthép bê tông sẽ cải thiện tính chất cơ học của bê tông cũng như giảm trọng lượng kết cấu Mô đun đàn hồi thấp của các loại sợi như PA và polypropylene (PP) có hiệu quả trong việc giảm vết nứt trong quá trình co ngót, ngay cả ở tỷ lệ thể tích rất thấp Ngoài việc giảm nứt do co ngót, người ta còn phát hiện ra rằng sợi polymer cải thiện tính chất cơ học của bê tông Sợi polymer

cũng có thể được sử dụng để tăng cường độ bền cho các sản phẩm gốc xi măng dưới tải trọng uốn/kéo.

Hỗn hợp bê tông từ sợi PP với tỷ lệ khối lượng (0,1%, 0,3% và 0,5%) và chiều dài sợi (12,7mm và 19mm) khác nhau Kết quả thử nghiệm (i) Khả năng làm việc của hỗn hợp chỉ bị ảnh hưởng đáng kể với tỷ lệ sợi 0,5% và kích thước sợi 12,7mm; (ii) Với tỷ lệ nhỏ hơn 0,5% sợi PP dài 12,7 mm đã cải thiện cường khả năng hấp thụ năng lượng và các đặc tính dẻo dai của bê tông khi chịu nén; (iii) Đối với khả năng chống va đập và ứng xửhành vi uốn dẻo, sợi dài 19 mm hiệu

hơn đối với tỷ lệ 0,5; (iv) Các sợi PP đã phần nào làm tăng tính thấm của bê tông

và có xu hướng làm giảm thể tích của các khoảng rỗng dễ thấm (Bayasi & Zeng,1993) Kết quả này tương tự với báo cáo của ACI Committee 544 (2001), độ bền,

độ cứng của sợi và khả năng liên kết của sợi với bê tông là những đặc tính quan trọng của cốt sợi Liên kết phụ thuộc vào tỷ lệ khung hình của sợi Tỷ lệ hướng sợiL/D điển hình nằm trong khoảng từ khoảng 20 đến 100, trong khi kích thước chiều dài nằm trong khoảng từ 0,25 đến 3 inch (6,4mm đến 76 mm)

Ngoài ra, tỷ lệ nước/xi măng cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các tính chất của hỗn hợp bê tông Hỗn hợp của bê tông cốt liệu nhẹ polyethylene terephthalate phế thải (WPLAC) với tỷ lệ w/c là 45%, 49% và 53%, và tỷ lệ thay thế của cốt liệu nhẹ polyethylene terephthalate (PET) là 0%, 25%, 50% và 75% theo khối lượng của cốt liệu mịn Kết quả: (i) Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông giảm khi hàm lượng WPLAC tăng lên; (ii) Độ sụt của WPLAC tăng lên cải thiện khả năng thi công lần lượt là 52%, 104% và 123% với tỷ lệ nước/xi măng là 45%, 49% và 53% do không chỉ hình cầu và hình dạng nhẵn mà còn do sự hấp thụ nước kém của cốt liệu; (iii) cường độ nén và kéo của hỗn hợp bê tông giảm khi tăng lượng cốt liệu PET và đối với một hàm lượng cốt liệu PET cụ thể, cường

độ nén tăng lên khi giảm tỷ lệ w/cm; (iv) Môđun đàn hồi của hỗn hợp bê tông giảm khi lượng cốt liệu PET tăng lên (Choi et al., 2005).

Với việc thêm sợi PA có các kích thước khác nhau vào SLWAC với tỷ lệ thể tích sợi tương ứng là 0,75% sẽ giúp tăng cường độ nén lớn nhất của hỗn hợp bê tông lần lược là 1,2%, 4,7% và 11,9%, trong khi con số này là không đáng kể đối với tỷ lệ 0,25% và 0,5% Độ bền kéo lần lượt là 22,2, 30,2 và 37,3% và cường độ uốn lớn nhất lần lượt là 26,9%, 34,4% và 47,6% đối với các mẫu được gia cố bằng sợi PA với tỷ lện lần lượt là 0,25%, 0,5% và 0,75% Bên cạnh đó các thí nghiệm cũng cho thấy độ sụt của SLWAC sẽ giảm đáng kể khi hàm lượng sợi PA tăng lên, tuy nhiêm khối lượng thể tích bê tông sẽ không bị ảnh hưởng nhiều chủ yếu bởi việc bổ sung sợi tổng hợp PA do trọng lượng riêng của chúng thấp hơn nhiều (Guler, 2018).

Furlan & de Hanai (1997) đã trình bày kết quả thí nghiệm cấu kiện dầm bê tôngcốt thép kích thước 100mm x 100mm x 1000mm có sử dụng sợi thép và sợipolypropylene Các kết quả thí nghiệm đều cao hơn nhiều so với đánh giá về mặt lýthuyết vì cường độ được cung cấp bởi các cơ chế thay thế Độ bền cắt tăng từ 9% đến37% đối với các cấu kiện dầm có sử dụng sợi Việc kiểm soát vết nứt do ứng suất bìnhthường có hiệu quả hơn ở các dầm có gia cố bằng sợi và nhiều vết nứt có khoảng cáchgần nhau hơn Tương tự nghiên cứu trên, Abdul-Zaher at.et (2016) đã tiến hành thínghiệm khảo sát độ bền cắt của các dầm kích thước 120mm x 300mm x 1300mm có

sử dụng 0%, 0,2%, 0,4% và 0,6 % tỷ lệ thể tích của cốt liệu sợi thủy tinh và sợi thép.Kết quả thử nghiệm cho thấy sự hiện diện của sợi dẫn đến giá trị cường độ cắt, độ

cứng, độ dẻo cao hơn và kiểm soát được hiện tượng nứt bê tông đối với tỷ lệ 0,6%.Trong đó việc sử dụng sợi thép đã cải thiện khả năng cắt tổng thể của bê tông tốt hơnsợi thủy tinh Tải trọng tại đó vết nứt đầu tiên của cấu kiện cũng được cải thiện đáng

kể từ 5,88% đến 11,76% đối với sợi thủy tinh và từ 17,65% đến 23,53% đối với sợithép Bên cạnh đó, sự xuất hiện của sợi cũng giúp tăng 10,76% đến 29,17% giá trị độvõng cực đại Tuy nhiên, các nghiên cứu tập trung vào ứng xử cắt trong khi các kếtquả về uốn không được kết luận chắc chắn

Trong nghiên cứu của mình, Hiệp (2023) đã chế tạo khối phá sóng tetrapod thayhoàn toàn cốt liệu lớn bằng cốt liệu nhân tạo kết hợp với sợi thép Kết quả về độ sụtcủa bê tông có chiều hướng giảm khi hàm lượng sợi thép tăng, khối lượng thể tích khôcủa bê tông giảm từ 13 % ÷15 % so với bê tông đối chứng Kết quả thử tải và chuyển vịcác cấu kiện khối phá sóng tetrapod cho thấy khi sử dụng sợi thép trong khối phá sónggiúp tăng khả năng chịu nén, chịu uốn và giảm chuyển vị của cấu kiện

Hình 2.2 Một số công trình có sử dụng sợi trong bê tông(a) Tòa nhà CCTV ở Bắc Kinh, Trung Quốc (nguồn: https://vnexpress.net/trung-quoc-sap-

cong-ty-bi-world-bank-cam-cua-3177410.html)

2.3 Tính cấp thiết của đề tài

Nguồn vật liệu đang ngày càng khan hiếm, việc khai thác khoáng sản quá mứcđang làm tăng khả năng sạt lở bờ sông, ô nhiễm môi trường bên cạnh đó ô nhiễm khíthải, rác thải nhựa cũng là các vấn đề cần giải quyết Với xu hướng phát triển bền vữngtận dụng các nguồn phụ phẩm phế phẩm, đã có nhiều nghiên cứu áp dụng tro bay vàoviệc chế tạo cốt liệu sản xuất bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo Tuy nhiên bê tông nàythường dễ bị phá hủy và dễ nứt hơn so với bê tông cốt liệu thông thường do biến dạngdẻo và đàn hồi kém

Để cải thiện tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo theo nhiều nghiên cứucách phổ biển nhất là sử dụng các loại sợi khác nhau thêm vào hỗn hợp bê tông nhưsợi thép, sợi PP, sợi PE…nhằm tăng cường độ chịu uốn, tăng khả năng kháng nứt Tuynhiên hầu hết các nghiên cứu sử dụng các loại sợi có kích thước nhỏ, mảnh và đượcsản xuất sẳn Khá ít các nghiên cứu sử dụng các phụ phẩm, phế phẩm Nếu có thể tậndụng các sợi nhựa từ phụ phẩm, phế phẩm để sản xuất bê tông, có thể giúp giải quyếtđược một phần vấn đề môi trường, đồng thời với hy vọng có thể cải thiện được tínhchất của bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo

Bên cạnh đó hầu hết các nghiên cứu dừng lại ở việc kiểm tra các tính chất của bêtông, khá ít các nghiên cứu chưa phân tích về ứng xử của cấu kiện bê tông cốt thép khi

có sử dụng sợi nhựa

Vì vậy, nghiên cứu chế tạo và phân tích ứng xử của cấu kiện bê tông cốt thép có

sử dụng sợi nhựa, cốt liệu nhẹ nhân tạo là một giải pháp khả thi góp phần tiết kiệmnguồn tài nguyên thiên nhiên, giảm thiểu chất thải trong môi trường và mang lại cáinhìn mới trong nghiên cứu

Trong ngành xây dựng, bê tông là loại vật liệu nhân tạo thông dụng, quan trọng

mà khó có thể thay thế được Tùy mục đích sử dụng, cường độ, khả năng chịu tải mà

có các cấp phối phù hợp khác nhau, nhưng nhìn chung thành phần chính của bê tôngtruyền thống vẫn gồm có: Cốt liệu thô (đá 1x2); Cốt liệu mịn (cát, bột đá), chất kếtdính (xi măng) Theo thống kê của Bộ Xây dựng, trong năm 2015, nhu cầu sử dụng cátchỉ vào khoảng 92 triệu m3 nhưng năm 2020 nhu cầu này đã tăng lên đến 160 triệum3 Trong khi đó, tổng tài nguyên cát của Việt Nam ước khoảng 2,3 tỷ m3 song chủyếu là cát cho xây trát và san nền Cát cho sản xuất bê tông không nhiều, chỉ chiếmkhoảng 30%, tập trung chủ yếu ở một số địa phương như: Phú Thọ, Tuyên Quang,Vĩnh Phúc, Thanh Hóa, Quảng Ngãi, Phú Yên, Bình Thuận, Kon Tum, Đồng Nai vàĐồng Tháp heo nghiên cứu của Tổ chức quốc tế về bảo tồn thiên nhiên tại Việt Nam(WWF Việt Nam), trữ lượng cát ở ĐBSCL có thể cạn kiệt trước năm 2035 nếu tốc độkhai thác hiện tại được duy trì Trữ lượng cát ở đáy sông được đo đạc là 367-550 triệum³, với lượng cát khai thác từ 2017-2022 ở mức 35-55 triệu m³/năm Lượng cát từ

thượng nguồn đổ về ĐBSCL chỉ khoảng 2-4 triệu m³/năm do phần lớn bị giữ lại ở cácđập thuỷ điện (Trung Chánh, 2023) Riêng đối với đá xây dựng, trữ lượng đá xâydựng tại Việt Nam được đánh giá là rất lớn và đủ khả năng thoả mãn mọi nhu cầu xâydựng trong nước Các mỏ đá được tìm kiếm, khảo sát thăm dò làm đá xây dựng ướctính trên 42 tỷ m³ (bao gồm cả cấp A, B, C1, C2, và P), với trữ lượng ở cấp A trên 1triệu m³, cấp B trên 22 triệu m³, và cấp C1 trên 245 triệu m³ (Cổng thông tin điện tử

Bộ Xây dựng, 2023) Những vật liệu này đều được sản xuất từ các nguyên liệu có sẵntrong tự nhiên, và việc khai thác sử dụng chúng đang làm ảnh hưởng nghiêm trọng đếnmôi trường Chưa kể đến việc khan hiếm nguyên vật liệu đang làm tăng chi phí xâydựng trong công trình Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cho thấy, việc thêm cốt sợi vàohỗn hợp bê tông giúp tăng khả năng chịu uốn của bê tông

Vì thế, nghiên cứu ứng dụng cốt liệu nhân tạo và sợi nhựa vào bê tông và cấukiện BTCT nhằm thay thế cốt liệu tự nhiên góp phần tiết kiệm nguồn tài nguyên thiênnhiên, giảm thiểu chất thải trong môi trường

Nghiên cứu đánh giá ứng xử của cấu kiện BTCT có sử dụng bê tông cốt liệunhân tạo gia cường bằng sợi còn hạn chế Việc phân tích ứng xử của cấu kiện BTCTtrong trường hợp này để đánh giá khả năng ứng dụng và tính hiệu quả của loại bê tôngnày là rất cần thiết

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Lược đồ nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo cấu kiện bê tông cốt thép có sử dụng sợi nhựa, cốt liệu nhântạo trong công trình thủy lợi được thực hiện theo sơ đồ Hình 3.1 các bước chính như sau:

Bước thứ nhất: Lựa chọn vật liệu sản xuất cốt liệu nhân tạo và bê tông Bước thứ hai: Sản xuất và kiểm tra tính chất bê tông

Bước thứ ba: Thiết kế cấu kiện dầm bê tông cốt thép

Bước thứ tư: Sản xuất và kiểm tra các tính chất của cấu kiện dầm bê tông cốt thép từ bê tông.

Bước cuối cùng: Tổng hợp số liệu và viết luận văn

Hình 3.1 Lược đồ nghiên cứu.

3.2 Kiểm tra tính chất của vật liệu sản xuất bê tông

3.2.1 Cốt liệu min (Cát)

Cát được kiểm tra các tính chất như: khối lượng riêng, khối lượng thể tích, độ hútnước theo tiêu chuẩn TCVN 7572-4:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương phápthử Phần 4: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích, độ hút nước”

Thành phần hạt của cát được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7572-2:2006 “Cốtliệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt”

3.2.1.1 Khối lượng riêng

Khối lượng riêng của cốt liệu (ra), tính bằng gam trên centimét khối, chính xácđến 0,01 g/cm3, được xác định theo công thức sau:

+ m3 là khối lượng của bình + nước + tấm kính, tính bằng gam (g);

+ m4 là khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, tính bằng gam (g);

+ rn là khối lượng riêng của nước, tính bằng gam trên centimét khối (g/cm3);

+ m1 là khối lượng mẫu ướt, tính bằng gam (g);

+ m2 là khối lượng của bình + nước + tấm kính + mẫu, tính bằng gam (g);

+ m3 là khối lượng của bình + nước + tấm kính, tính bằng gam (g);

+ m4 là khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, tính bằng gam (g);

3.2.1.3 Độ hút nước

Độ hút nước của cốt liệu (W), tính bằng phần trăm khối lượng, chính xác đến 0,1

%, xác định theo công thức:

W = (m1−m2 )

Trong đó:

+ m1 là khối lượng mẫu ướt, tính bằng gam (g);

+ m4 là khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, tính bằng gam (g);

+ Kết quả thử độ hút nước của cốt liệu là giá trị trung bình cộng của hai kết quảthử song song

+ Nếu chênh lệch giữa hai lần thử lớn hơn 0,2 %, tiến hành thử lần thứ ba và khi

đó kết quả thử là trung bình cộng của hai giá trị gần nhau nhất.

Tiến hành thí nghiệm và tính kết quả:

Lượng sót trên sàng có kích thước mắt sàng 5 mm (S5), tính bằng phần trăm khốilượng, chính xác đến 0,1 %, theo công thức:

+ mo là khối lượng mẫu thử, tính bằng gam (g)

Lượng sót riêng trên từng sàng kích thước mắt sàng i (ai), tính bằng phần trămkhối lượng, chính xác đến 0,1 %, theo công thức:

a i=m i

Trong đó:

+ mi là khối lượng phần còn lại trên sàng có kích thước mắt sàng i, tính bằng gam(g);

+ m là tổng khối lượng mẫu thử, tính bằng gam (g)

Lượng sót tích lũy trên sàng kích thước mắt sàng i, là tổng lượng sót riêng trênsàng có kích thước mắt sàng lớn hơn nó và lượng sót riêng bản thân nó Lượng sót tíchlũy (Ai), tính bằng phần trăm khối lượng, chính xác tới 0,1 %, theo công thức:

Thành phần hạt của Cốt liệu lớn được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phầnhạt”

7572-Khối lượng riêng

Khối lượng riêng của cốt liệu (ra), tính bằng gam trên centimét khối, chính xácđến 0,01 g/cm3, được xác định theo công thức sau:

r a =r n × m4

Trong đó:

+ rn  là khối lượng riêng của nước, tính bằng gam trên centimét khối (g/cm3);+ m2 là khối lượng của bình + nước + tấm kính + mẫu, tính bằng gam (g);

+ m3 là khối lượng của bình + nước + tấm kính, tính bằng gam (g);

+ m4 là khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, tính bằng gam (g);

+ rn là khối lượng riêng của nước, tính bằng gam trên centimét khối (g/cm3);

+ m1 là khối lượng mẫu ướt, tính bằng gam (g);

+ m2 là khối lượng của bình + nước + tấm kính + mẫu, tính bằng gam (g);

+ m3 là khối lượng của bình + nước + tấm kính, tính bằng gam (g);

+ m4 là khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, tính bằng gam (g);

+ m1 là khối lượng mẫu ướt, tính bằng gam (g);

+ m4 là khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, tính bằng gam (g);

+ Kết quả thử độ hút nước của cốt liệu là giá trị trung bình cộng của hai kết quảthử song song

+ Nếu chênh lệch giữa hai lần thử lớn hơn 0,2 %, tiến hành thử lần thứ ba và khi

đó kết quả thử là trung bình cộng của hai giá trị gần nhau nhất.

Thành phần hạt

Tiến hành thí nghiệm và tính kết quả:

Lượng sót riêng trên từng sàng kích thước mắt sàng i (ai), tính bằng phần trămkhối lượng, chính xác đến 0,1 %, theo công thức:

+ m là tổng khối lượng mẫu thử, tính bằng gam (g).

Lượng sót tích lũy trên sàng kích thước mắt sàng i là tổng lượng sót riêng trênsàng có kích thước mắt sàng lớn hơn và lượng sót riêng thân nó Lượng sót tích lũycủa mẫu cốt liệu lớn (Ai), tính bằng phần trăm khối lượng, chính xác tới 0,1 %, theocông thức:

3.2.2.2 Cốt liệu nhẹ nhân tạo

Cốt liệu nhân tạo được sản xuất từ tro bay và xi măng với nhiều tỷ lệ khác nhaunhư tỷ lệ 9/1 (Tuan và cộng sự, 2019; Tuấn và cộng sự, 2022); tỷ lệ 9/1; 8/2; 7/3(Kockal & Ozturan, 2010) Qua các nghiên cứu trên ta chọn tỷ lệ tro bay/xi măng là9/1 để sản xuất cốt liệu nhân tạo trong nghiên cứu, do tỷ lệ 9/1 là tỷ lệ tro bay/xi măngthấp giúp tận dụng được nguồn tro bay cao lên dến 90% trong tổng thành phần cấpphối của cốt liệu nhân tao Đồng thời, do yêu cầu cường độ chịu nén của cấu kiện dầm

bê tông cốt thép không cao 25 MPa theo tiêu chuẩn TCVN 9139:2012 về công trìnhthủy lợi – Kết cầu bê tông, bê tông cốt thép vùng ven biển

Bên cạnh đó, cốt liệu nhân tạo được sản xuất trong nghiên cứu dựa theo nghiêncứu của Bùi Lê Anh Tuấn và ctv (2022), cốt liệu nhân tạo trong nghiên cứu này đượcsản xuất tại Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 (Trà Vinh), quy trình sản xuất cốt liệuvới máy tạo viên có đường kính 100 cm và chiều sâu 20 cm, máy được thiết lập tốc độquay 55 vòng/phút với góc nghiêng 37o được giữ cố định trong suốt quá trình tạo viên.Mỗi lần sản xuất LWA là 5 kg hỗn hợp cốt liệu tro bay/xi măng với tỷ lệ 9/1 cố địnhtheo khối lượng và nước được sử dụng chiếm 25% đến 35% hỗn hợp cốt liệu với cáctính chất của cốt liệu nhân tao được kiểm tra theo bảng như sau:

Bảng 3.1 Tiêu chuẩn thí nghiệm các tính chất của cốt liệu nhẹ nhân tạo

STT Tính chất cốt liệu nhân tạo Tiêu chuẩn thực hiện Ghi chú