Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở việt nam tt

Đặng Thùy Chi, Phạm Duy Hữu, Thái Khắc Chiến 2015, “Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực để ứng dụng trong kết cấu cầu ở Việt Nam”, Tạp chí Giao thông vận tải, s

Đặng Thùy Chi

NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ DÙNG TRONG XÂY DỰNG

CẦU Ở VIỆT NAM

Ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thông

Chuyên ngành: Xây dựng Cầu hầm

Mã số: 62.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: GS.TS Phạm Duy Hữu 2: GS Eric Garcia-Diaz

Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Thúc Tuyên

Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Như Khải

Phản biện 3: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh

Luận án sẽ bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp Trường theo

Quyết định Số …/QĐ-ĐHGTVT ngày tháng 11 năm 2017

họp tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải,

vào hồi ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu Luận án tại thư viện:

1 Thư viện Quốc gia

2 Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

[1] Đặng Thùy Chi (2013), “Thực trạng phát triển và nhu cầu sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ trong xây dựng cầu ở Việt Nam”,

Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 42, 6/2013

[2] Đặng Thùy Chi (2014), Nghiên cứu thành phần và tính chất

của bê tông cốt liệu nhẹ sử dụng trong kết cấu cầu, Đề tài

NCKH cấp trường mã số T2014-VKTXD-06, Chủ nhiệm đề tài

[3] Đặng Thùy Chi, Phạm Duy Hữu, Thái Khắc Chiến (2015),

“Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực

để ứng dụng trong kết cấu cầu ở Việt Nam”, Tạp chí Giao

thông vận tải, số 5/2015

[4] Thái Khắc Chiến, Phạm Duy Hữu, Đặng Thùy Chi (2016),

“Ảnh hưởng của keramzit đến cường độ chịu nén của bê tông

nhẹ”, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 50, 2/2016 [5] Đặng Thùy Chi (2016), Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng

xử nén của bê tông keramzit, Đề tài NCKH cấp trường mã số

T2016-VKTXD-15, Chủ nhiệm đề tài [6] Chi Thuy Dang, Huu Duy Pham, Ha Thanh Le, Eric Garcia-Diaz (2016), “A study on high strength lightweight aggregate

concrete”, The 7 th International Conference of Asian Concrete Federation (ACF), Hanoi, 11/2016

[7] Thuy Chi Dang, Duy Huu Pham (2016), “Effiency of type and content of lightweight aggregates on strength of lightweight

aggregate concretes”, The International Conference on

Sustainable in Civil Engineering (ICSCE), Hanoi, 11/2016

cầu giản đơn mặt cắt chữ T, nhịp 18m bằng bê tông cốt thép; qua đó,

đánh giá sơ lược hiệu quả kỹ thuật khi thay thế bê tông nặng thông

thường bằng BTCLN có cùng cường độ nén

2 Những đóng góp về mặt thực tiễn

 Trên cơ sở kết quả về vật liệu, thành phần của BTCLN, chế tạo

thành công BTCLN chịu lực có cường độ đặc trưng lên tới hơn 60

MPa, độ chảy cao, đáp ứng yêu cầu sử dụng trong các kết cấu chịu

lực nói chung và công trình cầu nói riêng

 Kết hợp các mô hình cơ học của phương pháp đồng nhất hóa vật

liệu composit xây dựng một phương pháp dự báo cường độ bê tông

cốt liệu nhẹ Từ đó, đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông

cốt liệu nhẹ

 Đề tài đã đề xuất các công thức tính các đặc trưng cơ học của bê

tông cốt liệu nhẹ thông qua cường độ chịu nén của BTCLN

 Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép

chế tạo bằng bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực và bước đầu đánh giá khả

năng ứng dụng vật liệu này trong kết cấu cầu

3 Hướng nghiên cứu tiếp

 Mở rộng chương trình nghiên cứu thực nghiệm trên nhiều loại

cốt liệu nhẹ để khẳng định các kết luận về các tính chất cơ học của

BTCLN chịu lực

 Nghiên cứu một số tính chất khác của BTCLN chịu lực như khả

năng dính bám với cốt thép, quan hệ ứng suất – biến dạng khi chịu

nén

 Cần nghiên cứu sức kháng cắt, khả năng chịu va chạm của cấu

kiện bê tông cốt thép nhằm hoàn thiện các hiểu biết về ứng xử trong

kết cấu chịu lực của vật liệu này

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề nghiên cứu

Bê tông truyền thống là vật liệu có khối lượng thể tích lớn (khoảng 2200 – 2600 kg/m3), tùy theo loại và lượng cốt liệu sử dụng Nếu giảm trọng lượng của bê tông đi khoảng 25%, có thể giảm bớt trọng lượng bản thân của kết cấu một cách đáng kể Bê tông cốt liệu nhẹ có khối lượng thể tích dưới 1900 kg/m3, có cường độ tương đương bê tông thường có thể khắc phục hạn chế của bê tông truyền thống và đem lại hiệu quả kinh tế cao

Trên thực tế, bê tông cốt liệu nhẹ đã được sử dụng thành công và phổ biến trong xây dựng nói chung và xây dựng cầu nói riêng từ hơn

70 năm qua trên thế giới [2], tuy nhiên vẫn hoàn toàn mới mẻ trên thị trường Việt Nam Việc nghiên cứu thành phần, tính chất bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực để ứng dụng trong kết cấu cầu có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn hết sức to lớn, mở ra hướng mới trong việc tìm kiếm vật liệu thay thế cốt liệu bê tông truyền thống cũng như khả năng ứng dụng các kết cấu nhẹ hơn, vượt được khẩu độ dài hơn trong kết cấu cầu

2 Những nội dung cần giải quyết

 Nghiên cứu tổng quan về bê tông cốt liệu nhẹ;

 Nghiên cứu vật liệu, phương pháp chế tạo;

 Nghiên cứu thiết kế thành phần của BTCLN;

 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hai đặc tính quan trọng nhất của BTCLN là khối lượng thể tích và cường độ chịu nén;

 Nghiên cứu các tính chất cơ học và độ bền của BTCLN chịu lực;

 Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép sử dụng

BTCLN chịu lực Qua đó, đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu

này trong công trình cầu

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết để định hướng và dự kiến kết quả đạt được,

dùng thực nghiệm để kiểm chứng

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã bước đầu làm rõ tính khả thi về mặt chế

tạo bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực có cường độ tới 60 MPa và phân tích

một số tính chất cơ học của BTCLN chịu lực Ngoài ra, kết quả

nghiên cứu đã góp phần xây dựng một phương pháp mới thiết kế

thành phần BTCLN Các kết quả có được của luận án có khả năng áp

dụng vào thực tế xây dựng các công trình giao thông ở Việt Nam

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ

1.1 Khái quát về bê tông nhẹ

1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển

Bê tông nhẹ đã được sử dụng từ thời cổ đại Sau khi đế chế La Mã

sụp đổ, việc sử dụng bê tông nhẹ trở nên hạn chế cho đến thế kỷ 20

khi cốt liệu nhân tạo mới được sử dụng phổ biến BTCLN cường độ

cao đã được sử dụng trong nhiều công trình từ nhà cao tầng, cầu lớn

cho đến các công trình ở ngoài khơi [25], [45], [57], [62]

1.1.2 Khái niệm và phân loại bê tông nhẹ

Nhìn chung, bê tông được xem là nhẹ khi có khối lượng thể tích

nhỏ hơn 2000 kg/m3 Theo tiêu chuẩn châu Âu EN 206-2013 [48], bê

tông nhẹ được phân loại theo khối lượng thể tích thành 6 cấp từ D1,0

đến D2,0 hoặc theo cường độ chịu nén thành 14 cấp từ LC8/9 đến

LC80/88 Theo ACI 213R-87 [24], bê tông nhẹ được chia làm 3 loại

5.4.2.2 Kiểm tra độ võng của mặt cắt giữa nhịp

Kết quả tính toán độ võng ở mặt cắt giữa nhịp do hoạt tải gây ra được tổng hợp trong bảng 5.15

Bảng 5 3 Tổng hợp độ võng

Độ võng (mm) Dầm T18-T145 Dầm T18-N128

Độ võng cho phép [fv] = L/800 = 22,25mm Cả hai dầm đều đạt yêu cầu về độ võng

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP

1 Những đóng góp của Luận án về mặt khoa học

 Đề tài đã nghiên cứu chế tạo BTCLN chịu lực trên cơ sở vật liệu sét nở keramzit Loại bê tông nhẹ chế tạo được có KLTT nhỏ hơn

2000 kg/m3 và đạt được cường độ chịu nén từ 30 - 60 MPa

 Luận án đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đến cường độ cũng như khối lượng thể tích của bê tông nhẹ; đồng thời đề xuất công thức thực nghiệm mô tả quan hệ giữa hai đại lượng này

 Đề tài đã sử dụng phương pháp đồng nhất hóa vật liệu để đề xuất công thức dự báo cường độ của BTCLN trên cơ sở các mô hình cơ học Từ đó đề xuất một phương pháp thiết kế thành phần BTCLN

 Một số tính chất cơ học và độ bền của BTCLN chịu lực đã được nghiên cứu và phân tích Từ đó đề xuất các công thức thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo khi bửa, cường độ chịu kéo khi uốn theo cường độ chịu nén của BTCLN Đề tài cũng đánh giá sơ lược về độ chống thấm và thấm ion clo của vật liệu BTCLN

 Luận án đã nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép chế tạo từ BTCLN Từ các kết luận ban đầu về ứng xử của kết cấu BTCLN Đề tài cũng đã thực hiện phân tích số ứng xử uốn của dầm

b, bw là bề rộng bản cánh và sườn dầm, mm

hf là chiều dày cánh chịu nén, mm

ds là khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu

kéo, mm

a là chiều cao khối ứng suất tương đương a = 1.c

1 là hệ số chuyển đổi ứng suất khối

c là khoảng cách từ mép trên của dầm đến trục trung hòa

Bảng 5 13 Tổng hợp sức kháng uốn

Mô men uốn (kNm) Dầm

T18-T145

Dầm T18-N128

Sức kháng uốn danh định Mn 4101,0 3594,5

Sức kháng uốn tính toán Mr = Mn 3690,9 3235,0

Từ Bảng 5 2 và Bảng 5 , cho thấy ở mặt cắt giữa nhịp cả hai

dầm T145 và N128 đều có sức kháng uốn danh định lớn hơn mô men

uốn tính toán Cả hai dầm đều đạt yêu cầu về sức kháng uốn theo

AASHTO 2007 và 22TCN 272-05

Bảng 5.14 So sánh sức kháng uốn của hai dầm

T18-T145

Dầm T18-N128

Sức kháng uốn tính toán Mr 3690,9 3235,0

Mô men uốn cho phép do hoạt tải

[Mh] = Mr - Mt

1958,2 1956,3

Bảng 5.14 cho thấy hai dầm có sức kháng uốn dự trữ cho hoạt tải

[Mh] là xấp xỉ nhau

bê tông nhẹ kết cấu, bê tông nhẹ cường độ thấp và bê tông nhẹ khối lượng thể tích nhỏ

1.2 Vật liệu chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ 1.2.1 Nguồn gốc và phương pháp sản xuất cốt liệu nhẹ

Cốt liệu nhẹ có thể có nguồn gốc tự nhiên (đá bọt, đá núi lửa, xỉ núi lửa, đá vôi, vỏ cọ ) hoặc nhân tạo bằng cách xử lý nhiệt các vật liệu có tính nở (keramzit, aglôpôrit, peclit, vermiculite, thủy tinh, tro bay, xỉ lò cao, tro đáy lò nở )

1.2.2 Các tính chất cơ lý của cốt liệu nhẹ

- Độ rỗng và vi cấu trúc: độ rỗng cốt liệu nhẹ lớn hơn nhiều so với cốt liệu thông thường Kích thước và sự phân bố của các lỗ rỗng có ảnh hưởng đến khối lượng thể tích xốp và khả năng chịu lực của các cốt liệu nhẹ nhân tạo, đặc biệt quyết định độ hút nước của cốt liệu

- Khối lượng thể tích: khối lượng thể tích xốp của cốt liệu nhẹ thường biến đổi từ 350 – 1100 kg/m3 [89]

- Độ hút nước: độ hút nước 24h của đá phiến sét nở dao động từ 10 – 20% theo khối lượng trong khi của cốt liệu từ sét nở biến đổi từ 15 - 31% [44]

- Tính chất cơ học: mô đun đàn hồi tương đương của cốt liệu nhẹ biến đổi từ 2 đến 17GPa [71]

1.3 Các tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ

- Khối lượng thể tích: ngoài KLTT của cốt liệu, KLTT của bê tông còn phụ thuộc vào cấp phối cốt liệu, độ ẩm cốt liệu, hàm lượng khí, hàm lượng xi măng, tỉ lệ N/CKD, phụ gia hóa học và phụ gia khoáng… cũng như phương pháp đầm nén, điều kiện bảo dưỡng…

- Cường độ nén: phụ thuộc vào đặc trưng của cốt liệu, chất lượng của vữa và sự tương thích về độ cứng giữa hai pha cốt liệu và vữa

- Mô đun đàn hồi: nhỏ hơn so với bê tông truyền thống do mô đun đàn hồi của cốt liệu nhẹ thấp hơn của cốt liệu nặng thông thường

- Hệ số giãn nở nhiệt: thấp, thường lấy bằng 8×10–6/°C [28], [67]

- Từ biến: có thể cao hơn so với bê tông thường do cốt liệu có độ cứng thấp hơn và tỉ lệ vữa xi măng nhiều hơn

- Co ngót: EN 1992-1-1 [28] qui định co ngót của BTCLN cấp từ LC20/22 trở lên cần được tính tăng lên 20% so với bê tông thường có cùng cường độ và 50% với BTCLN cấp từ LC16/18 trở xuống

- Độ bền: việc sử dụng cốt liệu nhẹ không ảnh hưởng đến độ bền ở tuổi muộn của bê tông, do độ rỗng của cốt liệu nhìn chung là không liên tục và không ảnh hưởng đến độ thấm của bê tông

1.4 BTCLN trong xây dựng cầu

1.4.1 BTCLN trong các tiêu chuẩn thiết kế cầu

Mục này tổng hợp các qui định về BTCLN trong xây dựng cầu của các tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và châu Âu, phân tích sự khác biệt

so với bê tông nặng thông thường

1.4.2 Ưu nhược điểm khi sử dụng BTCLN trong xây dựng cầu

Ưu điểm: giảm trọng lượng bản thân cầu, sử dụng cần cẩu với đối trọng nhỏ hơn hay có thể chia thành các khối đúc lớn

Nhược điểm: đắt hơn, yêu cầu lượng xi măng lớn hơn để đạt đến cùng cường độ và đòi hỏi cẩn trọng hơn khi vận chuyển và lắp đặt BTCLN cũng giòn và yếu hơn, làm giảm sức chịu các tác nhân hóa học, dù cường độ của BTCLN cao hơn so với bê tông thường

1.4.3 Các khuyến cáo khi ứng dụng BTCLN trong công trình cầu

Phần này trình bày một số khuyến cáo khi sử dụng BTCLN trong công trình cầu, chủ yếu là các lưu ý về cốt thép do ảnh hưởng của cốt liệu nhẹ yếu dẫn đến không chặn được sự lan truyền vết nứt

Hình 5 1 Mặt cắt ngang cầu 5.4.2 Kết quả tính toán

5.4.2.1 Kiểm tra sức kháng uốn của mặt cắt giữa nhịp

Kiểm tra sức kháng uốn của mặt cắt giữa nhịp Mu ≤ M

Trong đó Mn là mô men kháng uốn danh định

 là hệ số sức kháng  = 0,9

Mô men uốn ở mặt cắt giữa nhịp dưới tác động củ

tải được được tổng hợp trong bảng 5.12

Bảng 5 2 Tổng hợp mô men uốn tính toán

Tải trọng (kNm) Dầm T18-T145 Dầm T18

Mô men uốn do tĩnh tải 1732,6

Mô men uốn do hoạt tải 1552,5

Mô men uốn tổng cộng 3285,1

Mô men kháng uốn danh định được tính theo công th



























2 '

85 , 0

s y

S

n

h a h b b f a

d f

A

Trong đó:

As là diện tích cốt thép chịu kéo, mm2

fy là giới hạn chảy của cốt thép chịu kéo, MPa

fc’là cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông tuổi 28 ngày, MPa

4 x 1860

300

ịp

Mn

ủa tĩnh tải, hoạt

n tính toán

m T18-N128

1278,7 1507,4

2786,1

c tính theo công thức:





 2

f h

(5.12)

i 28 ngày, MPa

đi xuống của biểu đồ tải trọng – độ võng) Đây là dạng phá hoại điển

hình của dầm bê tông nặng thông thường

Sức kháng uốn của dầm BTCLN tính từ tiêu chuẩn AASHTO có

thể được sử dụng để nhận được đánh giá an toàn cho kết cấu chịu

uốn

Hình 5 9 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ võng của các dầm thí

nghiệm

5.4 Phân tích sức kháng uốn của dầm cầu BTCLN cấp 40 MPa

theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 (22 TCN 272-05)

5.4.1 Vật liệu và kích thước hình học của kết cấu nhịp

Phân tích hai dầm cầu bê tông cốt thép mặt cắt chữ T, chiều dài

18m, có cùng cường độ chịu nén đặc trưng là 40 MPa; bằng bê tông

nặng thông thường có KLTT là 2400 kg/m3 và BTCLN có KLTT

bằng 1700 kg/m3

Bảng 5 1 Đặc tính của các dầm BTCT tính toán

Kí hiệu Chiều cao (mm) f c ’ (MPa) Cốt thép dọc chủ

Kết cấu nhịp cầu có mặt cắt ngang gồm 5 dầm T18 (hình 5.11)

Hoạt tải thiết kế HL93 theo AASHTO 2007 (22 TCN 272-05)

và làm giảm cường độ chịu kéo

1.5 Tình hình nghiên cứu và sử dụng BTCLN ở Việt Nam

Các nghiên cứu về cốt liệu và BTCLN được tiến hành bởi một số tác giả như: Nguyễn Đình Nghị và cộng sự (1995) [13], Nguyễn Văn Chánh, Lê Phúc Lâm (2005) [3], Nguyễn Mạnh Kiểm, Cao Duy Tiến (1985) [11], Nguyễn Tiến Đích, Nguyễn Đăng Do (2001) [5], Nguyễn Văn Đỉnh (2001) [6], Nguyễn Duy Hiếu (2009) [8] đã mở đầu cho các nghiên cứu về loại vật liệu này tuy nhiên khối lượng còn hạn chế Gần đây một số đơn vị trong nước đã nghiên cứu sản xuất BTCLN chịu lực, ứng dụng trong một số công trình sử dụng bê tông nhẹ cường độ 20-25 MPa [8]

Chương 2: VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ

TẠO BTCLN 2.1 Vật liệu chế tạo BTCLN

Phần này trình bày các tiêu chuẩn và kết quả thí nghiệm các tính chất đặc trưng của các vật liệu sử dụng trong nghiên cứu để chế tạo BTCLN Cốt liệu nhẹ sử dụng là 4 loại sỏi keramzit có KLTT từ 0,97 – 1,38 g/cm3

2.2 Phương pháp chế tạo mẫu thử BTCLN 2.2.1 Chuẩn bị vật liệu

Cốt liệu nhẹ sau khi sấy khô 24h, được để nguội trong điều kiện nhiệt độ phòng Sau đó, được lắc đều trong vòng 5 phút, với lượng nước bằng độ hút nước 24h trong một thùng nhựa bịt kín

2.2.2 Nhào trộn hỗn hợp

Hai qui trình nhào trộn đã được thử nghiệm

- Qui trình 1: ban đầu nhào trộn hỗn hợp vữa xi măng

trộn vữa (hình 2.9), sau đó hỗn hợp vữa và cốt liệu

trộn bằng tay trong vòng 5 phút trước khi đổ khuôn

- Qui trình 2: ban đầu xi măng, cát và muội silic đượ

đó thêm nước và phụ gia dẻo; cuối cùng cốt liệu ẩm đư

máy trộn bê tông kiểu cưỡng bức (hình 2.10)

Hình 2.9 Trộn vữa bằng máy trộn

kiểu hành tinh

Hình 2.10 Trộn bê tông b máy trộn kiểu cư

2.2.3 Đổ mẫu, đầm nén và bảo dưỡng

Qui trình đổ mẫu, đầm nén và bảo dưỡng thông thư

bê tông truyền thống

Chương 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PH

3.1 Các phương pháp thiết kế thành phần BTCLN

Phần này tổng hợp các phương pháp thiết kế thành ph

của ACI 211-2 [28], Chandra-Bertsson [45] và Bazenov [2]

3.2 Phương pháp đồng nhất hóa vật liệu composit và mô hình d

báo cường độ bê tông

Giả thiết bê tông là vật liệu hỗn hợp đàn hồi, đ

hướng gồm 3 pha: cốt liệu, hồ xi măng và cát Mỗi pha thành ph

cũng là một vật liệu đàn hồi, đồng nhất và đẳng hướ

hóa là phương pháp xác định ứng xử cơ học đồng nhất c

a xi măng – cát bằng máy

u ẩm được nhào

ợc trộn khô, sau

m được thêm vào

n bê tông bằng

u cưỡng bức

ng thông thường như với

THÀNH PHẦN BTCLN

n BTCLN

thành phần bê tông Bertsson [45] và Bazenov [2]

và mô hình dự

i, đồng nhất, đẳng

i pha thành phần ớng Đồng nhất

t của vật liệu bê

5.3.1 Vật liệu và thành phần BTCLN và mẫu dầm thí nghiệm

BTCLN dùng để đúc dầm là loại LC50 chế tạo từ sỏi STL 5/20, với thành phần và các tính chất cơ học được lấy theo kết quả thí nghiệm ở chương 4 và trình bày trong Error! Not a valid bookmark self-reference.

Bảng 5 1 Thành phần và tính chất của bê tông dầm thí nghiệm

Thành phần của hỗn hợp bê tông/1m3 Tính chất bê tông

Tỉ lệ N/CKD

X (kg)

N (kg)

MS (kg)

S (kg)

C (kg)

fc’ (MPa)

Ec (GPa)

fr (MPa) 0,24 587 155 58,7 486 639 57,5 24,3 4,7 Các mẫu thí nghiệm được chuẩn bị là ba dầm bê tông cốt thép giản đơn có khẩu độ 1400 mm và mặt cắt hình chữ nhật có kích thước 125 x 230 mm

Các dầm được tiến hành thí nghiệm uốn 4 điểm, chiều dài nhịp (khoảng cách giữa hai gối đỡ) được ấn định là 1200 mm (hình 5.7)

Hình 5.7 Cấu tạo chi tiết mẫu dầm thí nghiệm 5.3.2 Kết quả thí nghiệm ứng xử uốn của dầm BTCLN

Đường cong tải trọng - độ võng (hình 5.9) của các dầm BTCLN cho thấy dưới tác dụng tải trọng ngắn hạn dầm chế tạo từ BTCLN có cùng một xu hướng (ban đầu tuyến tính, tiếp theo là cốt thép bắt đầu chảy và cuối cùng phá hủy bê tông do vỡ bê tông đặc trưng bởi vùng

1400

6a100 28

212

125

30 65 30

Quan hệ giữa cường độ kéo uốn fr và cường độ nén fc trên cơ sở

thực nghiệm có thể được đề xuất như sau:

fr = 0,68 (4.15)

4.5 Độ chống thấm nước và thấm ion clo của BTCLN chịu lực

Kết quả thí nghiệm độ chống thấm BTCLN cho thấy loại bê tông

LC40 bị nước thấm qua ở áp lực 12 atm, đạt được cấp chống thấm

B10 Trong khi hai loại LC50 và LC60 áp lực nước lớn hơn 12 atm,

mẫu vẫn chưa bị nước thấm qua, đạt được cấp chống thấm lớn nhất

B12 Kết quả này cũng tương tự như bê tông nặng thông thường

Mức độ thấm ion clo tăng từ 166 đến 193C khi cường độ chịu

nén trung bình giảm từ 69 xuống 50 MPa Mức độ thấm rất thấp

tương đương giá trị trung bình đo được trên các loại bê tông nặng

cường độ nén bằng 80 MPa [14], [66]

Chương 5: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ UỐN

CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG BTCLN

5.1 Cơ sở lý thuyết ứng xử uốn của cấu kiện chịu uốn

Phần này tóm tắt lại các giả thiết để xây dựng điều kiện tương

thích về biến dạng, các điều kiện cân bằng được khi tính toán sự làm

việc của dầm bê tông cốt thép

5.2 Phương pháp phân tích dầm BTCLN chịu uốn thuần túy

theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007

Phần này trình bày các nguyên tắc cơ bản của tiêu chuẩn

AASHTO 2007 [67] trong tính toán kết cấu bê tông cốt thép và phân

tích các giai đoạn làm việc của dầm BTCLN chịu uốn thuần túy theo

tiêu chuẩn AASHTO

5.3 Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm BTCLN

tông từ các đặc trưng cơ học của các thành phần, tỉ lệ cũng như các tính chất về hình thái và bề mặt của chúng

3.2.1 Các phương pháp đơn giản để đồng nhất hóa vật liệu

- Mô hình Voigt (mô hình song song): coi biến dạng tại mọi điểm trong vật liệu là như nhau Tensơ độ cứng đồng nhất Cv* của vật liệu

là trung bình cộng theo thể tích (c1, c2) của các tensơ độ cứng (C1, C2) của các pha

C v * = c1 C 1) + c2C 2) = C (1) + c2 (C (2) – C (1))

- Mô hình Reuss (mô hình nối tiếp): coi trường ứng suất trong vật liệu composit 2 pha là đồng nhất Tensơ độ mềm tương đương SR*

của vật liệu được tính bằng trung bình cộng theo thể tích (c1, c2) của các tensơ độ mềm (S1, S2) của các pha

S R * = c1S (1) + c2S (2) = S (1) + c2(S (2) - S (1))

- Giới hạn của Hashin – Strikman [56]: biểu diễn theo mô đun nén K,

mô đun cắt G và tỉ lệ thể tích hai pha đã được thiết lập với trường hợp vật liệu n pha đàn hồi, đồng nhất và đẳng hướng Cân bằng giữa

K và G dẫn tới biểu thức tính mô đun đàn hồi tổng cộng E* của vật liệu composit hai pha với Vg là tỉ lệ thể tích của cốt liệu [61]

E* =

m m g g g

m g g g

E E V E V

E V E V

) 1 ( ) 1 (

) 1 ( ) 1 (













(3.13)

3.2.2 Mô hình nối tiếp/song song để dự báo cường độ của BTCLN

De Larrard [92] đã kết hợp 2 mô hình Voigt và Reuss thành một

mô hình có khả năng dự báo tốt ứng xử của BTCLN (hình 3.4)

Mô đun đàn hồi của vùng song song E* = (1 – g2/3)Ev + g2/3Ecl

Trong đó Ev , Ecl là mô đun đàn hồi của vữa và CLN Ứng suất trong vùng nối tiếp: σ = / / σ Khi ứng suất  đạt tới giá trị giới hạn thì  = R (cường độ chịu nén

của bê tông); v = Rv (cường độ chịu nén của vữa):

Rb = [1 – (1 - )g2/3].Rv (3.14)

Hình 3.4 Mô hình nối tiếp/song song

3.2.3 Mô hình biến động để dự báo cường độ vữa xi măng - cát

Xét một phần tử đặc trưng V, bao gồm đá xi măng M và cốt liệu

cầu G, chịu một trường ứng suất dọc trục không đổi σ = σo Hai pha

đồng nhất và đẳng hướng, có ứng xử đàn hồi tuyến tính với mô đun

đàn hồi Em và Eg Liên kết giữa hai pha là lý tưởng

Tính đến sự không tương

thích về độ cứng giữa cốt liệu

và đá xi măng, Shink [95] đưa

vào một trường biến dạng 

trên thể tích cốt liệu bằng cách

cho vật rắn đồng nhất tương

đương chịu cùng một trường

ứng suất và biến dạng nhận

được như vật rắn không đồng nhất (Hình 3.6)

σ = σ o + σ p = Em(ε – ε*) = Em (ε o + ε p) trên M = V - G

= Em (ε o + ε p – ε *) trên G (3.17)

Biết σ o = Emε o => σ p = Em(ε p ε ) trên V Sự biến động ε p thường

được xác định nhờ nhân tố S trên ε : ε p = Sε

Hình 3.6 Vật rắn không đồng nhất (trái) và đồng nhất (phải)

Trong nghiên cứu này, quan hệ giữa cường độ kéo bửa fct và cường độ nén fc có thể mô tả bằng phương trình 4.13 Kết quả cũng rất khớp so với đề xuất của ACI 318-2011 và EN 1992-1-2004

fct = 0,23 (4.13)

Hình 4 14 Quan hệ giữa cường độ kéo bửa và cường độ nén

BTCLN của các tác giả khác nhau Kết quả thí nghiệm cho thấy khi cường độ chịu nén trung bình tăng từ 50,3 lên 69,4 MPa, cường độ chịu kéo khi uốn trung bình tăng lên tương ứng từ 4,85 lên 5,77 MPa Có thể nhận xét rằng BTCLN chế tạo từ cốt liệu thô nhẹ và cát thường có cường độ chịu kéo khi uốn thấp hơn của bê tông nặng, giá trị trung bình bằng 0,73 lần so với bê tông cường độ cao có cùng cường độ nén

Hình 4 15 Quan hệ giữa cường độ kéo uốn và cường độ nén của bê

tông