Nghiên cứu thực nghiệm một số tính năng của bê tông cốt sợi poly propylene phân tán (tt)

Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ chịu nén Bảng 3.4.. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ chịu kéo Bảng 3.5.. Với mục đích kiểm chứng

HOÀNG GIA DƯƠNG KHÓA: 2015 - 2017

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MỘT SỐ TÍNH NĂNG CỦA

BÊ TÔNG CỐT SỢI POLY-PROPYLENE PHÂN TÁN

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS VŨ HOÀNG HIỆP

2 TS ĐẶNG VĂN THANH

Hà Nội - 2017

DANH MỤC BẢNG

Số liệu

Bảng 2.1 Lựa chọn mác xi măng theo cấp bê tông

Bảng 2.2 Một số chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng PCB-40

Bảng 2.3 Thành phần hạt của cát

Bảng 2.4 Quy định về hàm lượng tạp chất trong cát

Bảng 2.5 Thành phần hạt của cốt liệu lớn

Bảng 2.6 Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

Bảng 2.7 Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập

Bảng 2.8 Quy định với nước trộn hỗn hợp bê tông (mg/l)

Bảng 2.9 Đặc tính kỹ thuật của sợi Polypropylene

Bảng 2.10 Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho dạng kết cấu

Bảng 2.11 Lượng nước dùng trộn bê tông, kg/m 3

Bảng 2.12 Hệ số chất lượng vật liệu

Bảng 2.13 Lượng xi măng tối thiểu theo TCVN

Bảng 2.14 Hệ số dư vữa trong bê tông

Bảng 2.15 Kết quả tính toán lý thuyết các thành phần vật liệu

Bảng 2.16 Kết quả kiểm tra độ sụt lần trộn thứ nhất

Bảng 2.17 Kết quả hiệu chỉnh các thành phần vật liệu theo độ sụt

Bảng 2.18 Kết quả kiểm tra độ sụt đạt yêu cầu

Bảng 2.19 Kết quả kiểm tra cường độ mẫu bê tông

Bảng 2.20 Kết quả thí nghiệm kéo khi uốn R fbt , R fb

Bảng 2.21 Tổng hợp kết quả thiết kế

Bảng 3.1 Thành phần vật liệu chế tạo các nhóm mẫu

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến độ sụt

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ

chịu nén

Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ

chịu kéo

Bảng 3.5 Bảng kết quả tính từ cường độ trung bình sang cường độ tính

toán của hai loại bê tông

Bảng 3.6 Tổng hợp số liệu đầu vào để tính toán

Bảng 3.7 Tính khả năng chống nứt của bê tông thường

Bảng 3.8 Tính khả năng chống nứt của bê tông sợi

Bảng 3.9

Tính bề rộng vết nứt do tác dụng ngắn hạn của tải trọng ngắn hạn cho bê tông cốt thép thường

Bảng 3.10 Tính bề rộng vết nứt do tác dụng ngắn hạn của tải trọng ngắn

hạn cho bê tông cốt sợi PP có thép thanh Bảng 3.11 Tổng hợp tính năng cơ bản của bê tông sợi và bê tông thường

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sợi PP có dạng cấu trúc sợi lớn

Hình 2.2 Sợi PP có dạng cấu trúc mạng lưới mảnh

Hình 2.3 Sợi PP có dạng cấu trúc bối xoắn nhỏ

Hình 2.4 Sợi PP dạng cấu trúc bối xoắn lớn

Hình 2.5 Sợi PP dạng tấm dệt

Hình 2.6 Sợi PP dạng lưới địa kỹ thuật

Hình 2.7 Sợi PP dạng tơ mảnh

Hình 2.8 Hình ảnh làm thí nghiệm đo độ sụt

Hình 2.9 Hình ảnh làm thí nghiệm xác định cường độ chịu nén

Hình 2.10 Sơ đồ thí nghiệm ép chẻ

Hình 2.11 Sơ đồ thí nghiệm kéo trực tiếp

Hình 2.12a Sơ đồ thí nghiệm kéo khi uốn, đặt một tải

Hình 2.12b Sơ đồ thí nghiệm kéo khi uốn, đặt 2 tải

Hình 2.13 Hình ảnh chế tạo mẫu thí nghiệm kéo khi uốn

Hình 2.14a Thí nghiệm kéo khi uốn cho bê tông thường

Hình 2.14b Thí nghiệm ke ́ o khi uốn cho bê tông có sử dụng sợi PP Hình 3.1 Quan hệ hàm lượng sợi và độ sụt

Hình 3.2 Quan hệ hàm lượng sợi và cường độ chịu nén

Hình 3.3 Quan hệ hàm lượng sợi và cường độ chịu kéo

Hình 3.4 Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật với bê tông thường có

đặt cốt thép

Hình 3.5 Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật với bê tông sợi PP

phân tán có đặt cốt thép dọc Hình 3.6 Sơ đồ ứng suất cửa bê tông cốt sợi khi bị nứt

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU

Rbt Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông

Rb Cường độ chịu nén tính toán của bê tông

Rbn Cường độ nén tiêu chuẩn của bê tông

Rbtn Cường độ kéo tiêu chuẩn của bê tông

Rfbt Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông sợi

Rfb Cường độ chịu nén tính toán của bê tông sợi

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoạn Luận văn thạc sỹ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2017

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Hoàng Gia Dương

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép tác giả bày tỏ tình cảm biết ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Sau đại học, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã dạy dỗ, giúp đỡ và chỉ dẫn tác giả hoàn thành chương trình cao học

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Tiểu ban đánh giá đề cương và kiểm tra tiến độ, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo luận văn của tác giả, Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn TS Vũ Hoàng Hiệp và TS Đặng Văn Thanh

đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi, cũng như cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình hoàn thiện luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường, các cán bộ của Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành khóa học

Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2017

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Hoàng Gia Dương

MỤC LỤC

Lời cám ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt

Danh mục bảng

Danh mục các hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

* Lý do chọn đề tài 1

* Mục đích nghiên cứu 2

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

* Cấu trúc luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG CỐT SỢI POLYPROPYLENE PHÂN TÁN……… ………… 4

1.1 Cấu tạo và đặc tính cơ bản của bê tông 4

1.2 Bê tông sử dụng sợi gia cường 6

1.3 Vấn đề còn tồn tại và định hướng nghiên cứu 9

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CỐT SỢI POLYPROPYLENE……… 11

2.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo 11

2.1.1 Xi măng 11

2.1.2 Cốt liệu 12

2.1.3 Nước nhào trộn 16

2.1.4 Sợi gia cường 18

2.2 Các phương pháp và lựa chọn phương pháp thiết kế thành phần 23

2.2.1 Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông 23

2.2.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế 25

2.3 Nội dung và kết quả tính toán thiết kế 25

2.3.1 Xác định lượng nước nhào trộn 25

2.3.2 Xác định tỉ lệ xi măng/nước 27

2.3.3 Xác định lượng xi măng và sợi gia cường 28

2.3.4 Xác định lượng cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ 29

2.3.5 Tổng hợp kết quả tính toán lý thuyết 31

2.3.6 Kiểm tra bằng thực nghiệm và hiệu chỉnh 31

2.4 Kiểm tra cường độ chịu kéo của bê tông sử dụng sợi 36

2.4.1 Các phương pháp và lựa chọn phương pháp thí nghiệm 36

2.4.2 Nội dung và kết quả thí nghiệm 39

2.5 Tổng hợp kết quả thiết kế 42

2.6 Nhận xét chung 43

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG SỢI VÀ TÍNH TOÁN MỘT SỐ CẤU KIỆN SỬ DỤNG SỢI PP……… ……… 44

3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính công tác 44

3.1.1 Phương án thí nghiệm 44

3.1.2 Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm độ sụt 44

3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ chịu nén 47

3.2.1 Phương án thí nghiệm 47

3.2.2 Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén……… 47

3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ chịu kéo 51

3.3.1 Phương án thí nghiệm 51

3.3.2 Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm kéo khi uốn 52

3.4 Ví dụ tính toán ứng dụng cho cấu kiện 54

3.4.1 Tính khả năng chịu lực của cấu kiện 54

3.4.2 Tính toán về sự hình thành và mở rộng khe nứt 52

3.5 Đề xuất ứng dụng bê tông sợi trong kết cấu công trình 72

3.5.1 Tổng hợp các đặc điểm cơ bản của bê tông sợi 72

3.5.2 Đề xuất ứng dụng 72

3.6 Nhận xét quá trinh tính toán 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… ………… 75

Kết luận……… ……… …………75

Kiến nghị……… ……… …… …76

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài

Bê tông được biết đến rộng rãi là một loại nguyên vật liệu xây dựng linh hoạt và ít tốn kém, tuy nhiên nó cũng có những mặt hạn chế Bê tông có khả năng chịu nén khá tốt, nhưng khả năng chịu kéo lại kém, nên nghiên cứu cải thiện khả năng chịu kéo của bê tông là vấn đề luôn được quan tâm Đặc biệt khi còn mới là những khe nứt nhỏ không thể thấy bằng mắt thường thì bê tông đã có chiều hướng gãy nứt, thường xảy ra do sức căng từ bên trong làm cho bê tông bị hư hỏng chỉ sau 24 giờ Còn nứt sau một thời gian sử dụng bắt nguồn từ sự co ngót do thoát hơi nước qua thời gian dài dẫn đến khô và gãy Trong cả hai trường hợp trên thì những vết nứt này có thể ảnh hưởng xấu đến tổng thể nguyên vẹn của bê tông và không cho phép nó duy trì trạng thái ban đầu cũng như không đạt được hiệu quả cao nhất

Để khắc phục những nhược điểm đó của bê tông thì việc sử dụng bê tông sợi gia cường là một giải pháp hữu hiệu được lựa chọn Nó có thể giúp cho bê tông giảm bị thấm, co ngót và chống rạn nứt, rút ngắn chu trình sửa chữa, tạo độ bền lớn ngay khi hoàn thành, nâng cao khả năng chống chịu, chống nứt gãy hoặc co ngót do độ ẩm hoặc nhiết độ, sức chịu mỏi tốt, chống chịu tốt sau khi có vết nứt đầu tiên,…

Các công trình nghiên cứu về chủ đề này cũng khá phổ biến, tuy nhiên nhằm đưa ra được kết quả đúng và chính xác, khách quan cần phải tiến hành thí nghiệm trực tiếp trên các mẫu

Với mục đích kiểm chứng bằng thực nghiệm và giải một số bài toán về tính chất của bê tông thường và bê tông sử dụng sợi gia cường; qua đó làm rõ,

so sánh và rút ra kết luận cho những ưu nhược điểm ở trên của hai loại bê tông

năng của bê tông cốt sợi Poly-Propylene phân tán" có tính cấp thiết và

thực tiễn cao

* Mục đích nghiên cứu

Xác định được một số tính chất cơ bản (như: tính công tác, cường độ) và hàm lượng sợi hợp lý của bê tông sử dụng loại sợi gia cường Polypropylene;

từ đó đưa ra một số bài toán để phân tích đánh giá tính ưu việt và khả năng ứng dụng loại bê tông này trong xây dựng công trình

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bê tông sử dụng loại sợi gia cường PolyPropylene có cường độ chịu nén yêu cầu là 20 MPa (tương đương bê tông có cấp độ bền B15)

- Phạm vi nghiên cứu: do điều kiện về thời gian và kinh phí, bước đầu đề tài chỉ nghiên cứu thực nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm với loại bê tông không sử dụng các loại phụ gia; chế tạo và thí nghiệm tại cơ sở: Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài hoàn thành sẽ góp phần làm cơ sở xây dựng cơ sở lý luận khoa học và thực tiễn cho việc ứng dụng bê tông xi măng sử dụng sợi gia cường, đồng thời là tài liệu tham khao tốt cho đào tạo và nghiên cứu khoa học của cán bộ, học viên, sinh viên và độc giả quan tâm với lĩnh vực này

* Cấu trúc luận văn

Báo cáo tổng hợp kết quả nghiên cứu, trong đó có các nội dung cơ bản:

- Tổng quan về vật liệu bê tông cốt sợi Polypropylene phân tán;

3

- Nghiên cứu thực nghiệm vật liệu và thiết kế thành phần bê tông cốt sợi Polypropylene

- Phân tích hàm lượng sợi và tính toán một số cấu kiện sử dụng sợi Polypropylene

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận

Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, có tham khảo và

kế thừa các nghiên cứu đã công bố, đề tài rút ra kết luận:

- Bê tông sử dụng sợi gia cường nói chung là xu hướng phát triển vật liệu, nhằm cải thiện tính chất của bê tông truyền thống để ứng dụng trong xây dựng công trình Kết cấu bê tông cốt sợi PolyPropylene (PP) phân tán có khả năng chống nứt do co mềm, hạn chế độ mở rộng vết nứt khi chịu lực, bền với môi trường ăn mòn, có tính kinh tế nên có khả năng ứng dụng trong kết cấu công trình

- Sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm đã thiết kế thành phần bê tông sử dụng sợi gia cường loại PolyPropylene tơ mảnh với cường độ yêu cầu là 20MPa Đã khảo sát quy luật giảm độ sụt hỗn hợp khi hàm lượng sợi gia cường tăng

- Hàm lượng sợi gia cường ảnh hưởng không nhiều đến cường độ chịu nén của bê tông: ở một giới hạn nhất định, cường độ chịu nén tăng khi hàm lượng sợi gia cường tăng; nhưng khi hàm lượng sợi gia cường vượt quá khoảng 1,6 kg/m3 cường độ bê tông lại có xu hướng giảm do hiện tượng vón cục, phân tầng

- Hàm lượng sợi gia cường ảnh hưởng tương đối lớn đến cường độ chịu kéo của bê tông: khi hàm lượng sợi còn nhỏ, cường độ chịu kéo tăng nhanh gần như theo quy luật tuyến tính bậc nhất với hàm lượng sợi, nhưng khi hàm lượng sợi gia cường vượt quá khoảng 1,6 kg/m3 cường độ chịu kéo sẽ tăng chậm dần

- Đề tài đã kết hợp lý thuyết tính toán cấu kiện chịu uốn bằng bê tông cốt thép và bê tông cốt sợi thép phân tán để tính toán khảo sát cấu kiện bê

tông cốt sợi PP phân tán có cốt thép có khả năng chịu lực cải thiện không đáng kể nhưng khả năng chống nứt và hạn chế độ mở rộng vết nứt khá tốt so với bê tông cốt thép thường, trong ví dụ khảo sát

Kiến nghị

Do điều kiện thí nghiệm, hạn chế về thời gian và kinh phí, đề tài mới chỉ nghiên cứu với loại bê tông sử dụng loại sợi gia cường Polypropylene, cường độ chịu nén yêu cầu là 20MPa (tương đương bê tông B15), dùng cốt liệu lớn là đá dăm và cốt liệu nhỏ là cát vàng, xi măng PCB-40 và không sử dụng phụ gia; số lượng mẫu thí nghiệm còn hạn chế; các chỉ tiêu tính năng của bê tông được nghiên cứu chưa nhiều và chưa toàn diện, chưa đo được biến dạng sau khi nứt; chưa thực hiện được thí nghiệm trên dầm bê tông cốt thép thực tế mà mới chỉ tiến hành qua các mẫu thí nghiệm để lấy kết quả làm căn cứ tính toán cho cấu kiện giả định do đó chưa thể so sánh với thực tế kết quả tiến hành trực tiếp trên mẫu

Từ kết quả nghiên cứu và những tồn tại, đề tài kiến nghị:

Để thiết kế thành phần bê tông sử dụng sợi gia cường có thể sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm với các bước cụ thể đã trình bày trong báo cáo;

Khi thiết kế thành phần bê tông dùng sợi gia cường PolyPropylene với cường độ yêu cầu khoảng 20MPa, nên sử dụng hàm lượng sợi nằm trong khoảng 1,5 ÷ 2,0 kg/m3; đồng thời để đảm bảo tính công tác của hỗn hợp bê tông trong thi công nên sử dụng thêm phụ gia tăng dẻo;

Cũng như bê tông thường, bê tông sử dụng sợi gia cường cũng có thể

sử dụng rộng rãi cho các kết cấu công trình, tuy nhiên cần lưu ý với các công trình thường xuyên hoặc có nguy cơ phải chịu nhiệt độ cao bất thường;

77

Tiếp tục nghiên cứu với các loại bê tông cấp cao hơn với nhiểu chỉ tiêu tính chất hơn để đưa ra kết luận và đề xuất chính xác và toàn diện hơn khi thiết kế, thi công và sử dụng có hiệu quả bê tông sử dụng sợi gia cường, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong xây dựng hiện đại

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

1.Nguyễn Văn Chánh và Trần Văn Miền, Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi trên nền vật liệu xây dựng địa phương, 75-82

2 Phạm Duy Hữu cùng các tác giả, Vật liệu xây dựng 2011, Nhà xuất bản Giao thông vân tải, Hà Nội, 2011

3 Tăng Văn Lâm, Nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao có sử dụng cốt sợi polypropylen dùng cho các kết cấu mặt đường sân bay

4 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Kết cấu bê tông cốt thép - Phần cấu kiện cơ bản, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2012

5 Nghiên cứu khoa học sinh viên "Nghiên cứu sử dụng cốt sợi trong bê tông nhằm hạn chế bề rộng vết nứt cho dầm BTCT" - ĐH Kiến Trúc năm học 2011-2012

6 Đặng Văn Thanh, Cheng Pei Feng, Phân tích vi quan sự phân bố và tác dụng của sợi trong hỗn hợp SMA, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Lâm nghiệp, 2014, 01

7 Lê Trung Thành– Viện KHCN Xây dựng "Bê tông chất lượng cao nghiên cứu và phát triển từ thế giới tới Việt Nam " - Tạp chí Vật liệu xây dựng -

Bộ xây dựng

8 Trần Bá Việt, Nguyễn Tiến Bình– Viện KHCN Xây dựng "Vai trò của sợi poly-propylene trong việc làm giảm biến dạng mềm của bê tông trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam "

9 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118: 1993 - Bê tông nặng – Phương pháp thử - Phương pháp xác định cường độ nén, Hà Nội, 1993

10 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3119: 1993 - Bê tông nặng – Phương pháp thử - Phương pháp xác định cường độ kéo khi uốn, Hà Nội, 1993