Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐẶNG THÙY CHI NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG CỐT LIỆU NHẸ DÙNG TRONG XÂY DỰNG CẦU Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI-2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐẶNG THÙY CHI NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG CỐT LIỆU NHẸ DÙNG TRONG XÂY DỰNG CẦU Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG MÃ SỐ: 62-58-02-05 Hướng dẫn khoa học: GS Phạm Duy Hữu - ĐH Giao thông vận tải GS Eric Garcia-Diaz – ĐH Mỏ Alès, CH Pháp HÀ NỘI-2017 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Đặng Thùy Chi iii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian dài khảo cứu tài liệu, nghiên cứu thí nghiệm tổng hợp, luận án tiến sĩ với đề tài "Nghiên cứu thành phần, tính chất bê tơng cốt liệu nhẹ dùng cơng trình cầu Việt Nam» hồn thành Để đạt kết này, xin chân thành cảm ơn Giáo sư, Tiến sĩ Phạm Duy Hữu, người trực tiếp hướng dẫn, đưa hướng nghiên cứu, đóng góp nhiều ý kiến q báu sửa chữa câu chữ để luận án hồn thành Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Giáo sư Eric Garcia-Diaz, người tận tình hướng dẫn cung cấp cho tơi nhiều tài liệu q giá để hồn thành luận án này, cho dù có khoảng cách xa địa lý Để đạt kết này, nỗ lực phấn đấu thân, có giúp đỡ cá nhân, tập thể, quan hữu quan Tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp môn Vật liệu xây dựng, đồng nghiệp Khoa Kỹ thuật xây dựng, Đại học Giao thơng vận tải hết lòng giúp đỡ tơi q trình thực luận án Tôi xin cảm ơn giúp đỡ Ban Giám Hiệu, trường ĐH Công nghệ Giao thông vận tải; lãnh đạo anh chị em thí nghiệm viên phòng thí nghiệm Cơng trình - Đại học Cơng Nghệ GTVT, phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng – Đại học Thủy Lợi phòng thí nghiệm Bê tông – Viện Khoa học xây dựng giúp đỡ tơi thực thí nghiệm q trình nghiên cứu Với tình cảm chân thành, tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến PGS TS Nguyễn Ngọc Long, Hiệu trưởng trường Đại học Giao thơng vận tải, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Bộ môn Cầu hầm tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi q trình học tập hồn thành luận án iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ xi DANH MỤC BẢNG xv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Những đóng góp luận án CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ 1.1 Khái quát bê tông nhẹ 1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển 1.1.2 Khái niệm phân loại bê tông nhẹ 1.2 Vật liệu chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ 10 1.2.1 Nguồn gốc, phương pháp sản xuất cốt liệu nhẹ 10 1.2.1.1 Cốt liệu tự nhiên 10 1.2.1.2 Cốt liệu nhân tạo 11 1.2.2 Các tính chất lý cốt liệu nhẹ 13 1.2.2.1 Độ rỗng vi cấu trúc 13 1.2.2.2 Khối lượng thể tích 14 1.2.2.3 Độ hút nước 16 1.2.2.4 Các tính chất học cốt liệu nhẹ 17 1.3 Các tính chất bê tơng cốt liệu nhẹ 18 1.3.1 Khối lượng thể tích 18 v 1.3.2 Cường độ nén 18 1.3.3 Mô đun đàn hồi 21 1.3.4 Hệ số giãn nở nhiệt 22 1.3.5 Từ biến co ngót 22 1.3.6 Độ bền 24 1.4 Bê tông cốt liệu nhẹ xây dựng cầu 24 1.4.1 BTCLN tiêu chuẩn thiết kế cầu 25 1.4.1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam Mỹ 25 1.4.1.2 Tiêu chuẩn châu Âu 26 1.4.2 Ưu nhược điểm BTCLN sử dụng xây dựng cầu 27 1.4.3 Các khuyến cáo ứng dụng BTCLN công trình cầu 29 1.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ Việt Nam 29 1.6 Kết luận chương 32 CHƯƠNG - VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ 33 2.1 Vật liệu chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ 33 2.1.1 Cốt liệu nhẹ 33 2.1.1.1 Nguồn gốc 33 2.1.1.2 Thành phần hạt cốt liệu nhẹ 34 2.1.1.3 Khối lượng riêng, khối lương thể tích độ hút nước cốt liệu nhẹ 35 2.1.1.4 Khối lượng thể tích xốp độ hổng 36 2.1.1.5 Độ bền nén xi lanh (độ nén giập) 37 2.1.2 Cát 38 2.1.2.1 Xác định thành phần hạt cát 38 2.1.2.2 Khối lượng riêng, khối lượng thể tích độ hút nước 39 2.1.2.3 Khối lượng thể tích xốp độ hổng 39 2.1.3 Xi măng 40 2.1.4 Phụ gia khoáng 41 2.1.5 Nước 41 2.1.6 Phụ gia dẻo 41 vi 2.2 Phương pháp chế tạo mẫu thử BTCLN 41 2.2.1 Chuẩn bị vật liệu 41 2.2.2 Nhào trộn hỗn hợp 42 2.2.2.1 Qui trình 43 2.2.2.2 Qui trình 43 2.2.3 Đổ mẫu đầm nén 44 2.2.4 Bảo dưỡng 45 CHƯƠNG – NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ 46 3.1 Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ 46 3.1.1 Phương pháp ACI 211.2 – 98 46 3.1.2 Phương pháp Chandra Berntsson 49 3.1.1.1 Nguyên tắc thiết kế 49 3.1.1.2 Các bước tính tốn 49 3.1.3 Phương pháp Bazenov 52 3.1.4 Phân tích ưu nhược điểm phương pháp 57 3.2 Phương pháp đồng hóa vật liệu composit mơ hình dự báo cường độ bê tông 58 3.2.1 Các phương pháp đơn giản để đồng hóa vật liệu 58 3.2.1.1 Mơ hình Voigt (mơ hình song song) 58 3.2.1.2 Mơ hình Reuss (mơ hình nối tiếp) 59 3.2.1.3 Giới hạn (biên) Hashin-Shtrikman (HS) 60 3.2.2 Mơ hình nối tiếp/song song dự báo cường độ bê tông cốt liệu nhẹ 61 3.2.3 Mơ hình biến động dự báo cường độ vữa xi măng – cát 63 3.2.3.1 Vật rắn không đồng gồm đá xi măng loại cốt liệu 63 3.2.3.2 Vật rắn đồng tương đương 64 3.2.3.3 Vật rắn đồng tương đương chứa đá xi măng N hạt cốt liệu 65 3.2.3.4 Tính tốn trường ứng suất nhận 66 3.2.3.5 Mơ hình dự báo 67 vii 3.2.4 Áp dụng mơ hình biến động mơ hình nối tiếp/song song để tính cường độ BTCLN 67 3.2.4.1 Xác định gần đặc trưng hồ xi măng 67 3.2.4.2 Xác định đặc trưng vữa xi măng 68 3.2.4.3 Tính cường độ nén bê tông cốt liệu nhẹ 68 3.3 Sử dụng mơ hình biến động mơ hình nối tiếp/song song để thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ 68 3.3.1 Vật liệu sử dụng 68 3.3.2 Phương pháp thí nghiệm 69 3.3.3 Các bước thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ theo mơ hình nối tiếp/song song mơ hình biến động 70 3.3.4 Tính tốn thành phần bê tơng đặc trưng học theo mơ hình nối tiếp/song song mơ hình biến động 73 3.3.5 Kết thực nghiệm thành phần bê tông 79 3.3.5.1 Kết thí nghiệm độ sụt 79 3.3.5.2 Kết thí nghiệm khối lượng thể tích bê tông nhẹ 80 3.3.5.3 Kết thí nghiệm cường độ nén ngày 28 bê tơng nhẹ 81 3.4 Phân tích ảnh hưởng thành phần đến tính chất BTCLN 83 3.4.1 Khối lượng thể tích bê tơng 83 3.4.1.1 Ảnh hưởng loại cốt liệu đến khối lượng thể tích BTCLN 83 3.4.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ cốt liệu đến KLTT BTCLN 84 3.4.2 Cường độ chịu nén BTCLN 85 3.4.2.1 Ảnh hưởng loại cốt liệu đến cường độ chịu nén BTCLN 85 3.4.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ cốt liệu đến cường độ chịu nén BTCLN 86 3.4.2.3 Ảnh hưởng tỉ lệ N/CKD đến cường độ chịu nén BTCLN 87 3.4.3 Quan hệ cường độ chịu nén KLTT BTCLN 88 3.5 Kết luận chương 88 CHƯƠNG – NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG CỐT LIỆU NHẸ CHỊU LỰC 90 4.1 Kế hoạch thí nghiệm 90 viii 4.2 Vật liệu, thành phần phương pháp chế tạo BTCLN chịu lực 91 4.2.1 Vật liệu sử dụng 91 4.2.2 Thành phần bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực 92 4.2.3 Phương pháp chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực 92 4.3 Khối lượng thể tích, cường độ chịu nén BTCLN chịu lực 93 4.3.1 Xác định KLTT cường độ chịu nén BTCLN chịu lực 93 4.3.2 Kết thí nghiệm KLTT cường độ chịu nén BTCLN chịu lực 94 4.3.3 Phân tích kết thí nghiệm KLTT cường độ chịu nén BTCLN chịu lực 97 4.4 Mô đun đàn hồi BTCLN chịu lực 98 4.4.1 Mô đun đàn hồi BTCLN chịu lực 98 4.4.2 Kết thí nghiệm mô đun đàn hồi BTCLN chịu lực 98 4.4.3 Phân tích kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi BTCLN chịu lực 100 4.5 Cường độ chịu kéo BTCLN chịu lực 104 4.5.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo BTCLN 104 4.5.2 Kết thí nghiệm cường độ chịu kéo BTCLN chịu lực 106 4.5.3 Diễn giải kết thí nghiệm cường độ chịu kéo BTCLN chịu lực 107 4.5.3.1 Quan hệ cường độ chịu kéo bửa cường độ chịu nén BTCLN 109 4.5.3.2 Quan hệ cường độ chịu kéo uốn cường độ chịu nén BTCLN 111 4.6 Độ chống thấm nước độ thấm ion clo BTCLN chịu lực 113 4.6.1 Thí nghiệm xác định độ chống thấm thấm ion clo BTCLN 113 4.6.2 Kết thí nghiệm độ chống thấm độ thấm ion clo BTCLN chịu lực 115 4.6.3 Diễn giải kết thí nghiệm độ chống thấm độ thấm ion clo BTCLN chịu lực 116 4.7 Kết luận chương 117 CHƯƠNG - THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ 119 ix 5.1 Cơ sở lý thuyết ứng xử uốn cấu kiện chịu uốn 119 5.1.1 Điều kiện tương thích 119 5.1.2 Các điều kiện cân 120 5.2 Phương pháp phân tích dầm BTCLN chịu uốn túy theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 121 5.2.1 Nguyên tắc tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép 121 5.2.2 Phân tích giai đoạn làm việc dầm BTCLN chịu uốn túy theo tiêu chuẩn AASHTO 122 5.3 Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn dầm BTCLN 124 5.3.1 Vật liệu thành phần BTCLN chế tạo dầm thí nghiệm 124 5.3.2 Mẫu dầm thí nghiệm 125 5.3.3 Thiết bị thí nghiệm 126 5.3.4 Qui trình thí nghiệm 127 5.3.5 Kết thí nghiệm ứng xử uốn dầm BTCLN chịu tác dụng tải trọng ngắn hạn 128 5.3.5.1 Kết thí nghiệm 128 5.3.5.2 Kiểu phá hoại 129 5.3.5.3 Ứng xử nứt 130 5.3.5.4 Mô men chảy dẻo 130 5.3.5.5 Mô men tới hạn sức kháng uốn 131 5.3.5.6 Độ võng tác dụng tải trọng khai thác 132 5.4 Phân tích sức kháng uốn dầm cầu BTCLN cấp 40 MPa theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 (22 TCN 272-05) 133 5.4.1 Vật liệu kích thước hình học kết cấu nhịp 133 5.4.1.1 Vật liệu làm kết cấu nhịp 133 5.4.1.2 Kích thước hình học kết cấu nhịp 134 5.4.2 Tải trọng thiết kế 135 5.4.3 Kết tính tốn 136 5.4.3.1 Kiểm tra sức kháng uốn mặt cắt nhịp 136 ... THÔNG VẬN TẢI ĐẶNG THÙY CHI NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG CỐT LIỆU NHẸ DÙNG TRONG XÂY DỰNG CẦU Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG... tổng hợp, luận án tiến sĩ với đề tài "Nghiên cứu thành phần, tính chất bê tơng cốt liệu nhẹ dùng cơng trình cầu Việt Nam hoàn thành Để đạt kết này, xin chân thành cảm ơn Giáo sư, Tiến sĩ Phạm... TẠO BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ 33 2.1 Vật liệu chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ 33 2.1.1 Cốt liệu nhẹ 33 2.1.1.1 Nguồn gốc 33 2.1.1.2 Thành phần hạt cốt liệu nhẹ