Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam

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 DÙN Ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình giao t Chun ngành: Xây dựng Cầu hầm Mã số: 62.58.02.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2017 - 25 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI DANH MỤC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI [1] Đặng Thùy Chi (2013), “Thực trạng phát triển nhu cầu sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ xây dựng cầu Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 42, 6/2013 [2] Đặng Thùy Chi (2014), Nghiên cứu thành phần tính chất NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: bê tông cốt liệu nhẹ sử dụng kết cấu cầu, Đề tài NCKH cấp trường mã số T2014-VKTXD-06, Chủ nhiệm đề 1: GS.TS Phạm Duy Hữu tài [3] Đặng Thùy Chi, Phạm Duy Hữu, Thái Khắc Chiến (2015), 2: GS Eric Garcia-Diaz “Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực để ứng dụng kết cấu cầu Việt Nam”, Tạp chí Giao thơng vận tải, số 5/2015 Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Thúc Tuyên [4] Thái Khắc Chiến, Phạm Duy Hữu, Đặng Thùy Chi (2016), “Ảnh hưởng keramzit đến cường độ chịu nén bê tông Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Như Khải 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 Phản biện 3: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh xử nén 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 GarciaLuận án bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp Trường theo Quyết định Số …/QĐ-ĐHGTVT ngày tháng 11 Diaz năm 2017 (2016), “A study on high strength lightweight aggregate họp tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải, th concrete”, The International Conference of Asian Concrete Federation (ACF), Hanoi, 11/2016 [7] Thuy Chi Dang, Duy Huu Pham (2016), “Effiency of type and vào hồi ngàythángnăm content of lightweight aggregates on strength of lightweight aggregate concretes”, The International Conference on Sustainable in Civil Engineering (ICSCE), Hanoi, 11/2016 Có thể tìm hiểu Luận án thư viện: Thư viện Quốc gia Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải - 24 - -1- cầu giản đơn mặt cắt MỞ ĐẦU chữ T, nhịp 18m bê tông cốt thép; qua đó, đánh giá sơ lược hiệu kỹ thuật thay bê tơng nặng thơng thường BTCLN có cường độ nén Những đóng góp mặt thực tiễn • Trên sở kết vật liệu, thành phần Đ ặt v ấ n đ ề n g hi ê n c ứ u liệu nhẹ Từ đó, đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ BTCLN, chế tạo thành • Đề tài đề xuất cơng cơng BTCLN chịu lực thức tính đặc trưng có cường độ đặc trưng học bê tông cốt lên tới 60 MPa, độ liệu chảy cao, đáp ứng yêu cường độ chịu nén cầu sử dụng BTCLN nhẹ thơng qua kết cấu chịu lực nói • Nghiên cứu thực nghiệm chung cơng trình cầu ứng xử uốn dầm bê nói riêng tơng cốt thép chế tạo • Kết hợp mơ hình bê tông cốt liệu học phương pháp nhẹ chịu lực bước đồng hóa vật liệu đầu đánh giá khả composit xây dựng ứng dụng vật liệu phương pháp dự báo kết cấu cầu cường độ bê tông cốt Hướ ng nghi ên cứu tiếp • Mở rộng chương trình nghiên cứu thực nghiệm nhiều loại cốt liệu nhẹ để khẳng định kết luận tính chất học BTCLN chịu lực • Nghiên cứu số tính chất khác BTCLN chịu lực khả chịu lực vật liệu Bê tông truyền thống vật liệu có khối lượng thể tích dính lớn (khoảng 2200 – bám với 2600 kg/m ), tùy theo cốt loại lượng cốt liệu thép, sử dụng quan hệ trọng lượng bê ứng suất tông khoảng 25%, – giảm bớt trọng biến Nếu giảm dạng lượng thân kết chịu cấu cách đáng kể nén Bê tơng cốt liệu nhẹ có khối lượng thể tích • Cần nghiên 1900 kg/m , có cứu sức cường kháng đương bê tơng thường cắt, khả chịu va chạm cấu kiện bê tơng cốt thép tương khắc phục hạn chế bê tông truyền thống đem lại hiệu kinh tế cao Trên thực tế, bê tông cốt liệu nhẹ sử dụng thành công phổ biến xây dựng nói chung nhằm xây dựng cầu nói riêng hồn từ 70 năm qua thiện hiểu biết độ ứng xử kết cấu giới [2], nhiên hoàn toàn mẻ thị trường Việt Nam Việc nghiên cứu thành phần, tính chất bê tơng cốt liệu nhẹ chịu ứng lực để dụng ứng kết thiết kế thành phần BTCLN; • Nghiên cứu yếu tố dụng cấu ảnh hưởng đến hai nhẹ đặc tính quan trọng kết cấu hơn, BTCLN cầu có vượt ý nghĩa khoa độ dài học thực tiễn kết cấu cầu to lớn, Nhữ ng nội dun g cần giải quy ết mở hướng việc tìm kiếm vật liệu thay cốt liệu bê tông truyền thống khả • Nghiên cứu tổng quan bê tơng cốt liệu nhẹ; • Nghiên cứu vật liệu, phương pháp chế tạo; • Nghiên cứu khối lượng thể tích cường độ chịu nén; • Nghiên cứu tính chất học độ bền BTCLN chịu lực; • Nghiên cứu ứng xử uốn dầm bê tông cốt thép sử dụng -2- BTCLN chịu lực Qua đó, đánh giá khả ứng dụng vật liệu công trình cầu Phương pháp nghiên cứu - 23 - 5.4.2.2 Kiểm tra độ võng mặt cắt nhịp Kết tính tốn độ võng mặt cắt nhịp hoạt tải gây tổng hợp bảng 5.15 Nghiên cứu lý thuyết để định hướng dự kiến kết đạt được, dùng thực nghiệm để kiểm chứng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Kết nghiên cứu bước đầu làm rõ tính khả thi mặt chế tạo bê tơng cốt liệu nhẹ chịu lực có cường độ tới 60 MPa phân tích số tính chất học BTCLN chịu lực Ngoài ra, kết nghiên cứu góp phần xây dựng phương pháp Bảng Tổng hợp độ võng Độ võng (mm) Độ võng hoạt tải Dầm T18-T145 Dầm T18-N128 4,5 6,7 Độ võng cho phép [fv] = L/800 = 22,25mm Cả hai dầm đạt yêu cầu độ võng KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP Những đóng góp Luận án mặt khoa học thiết kế thành phần BTCLN Các kết có luận án có • Đề tài nghiên cứu chế tạo BTCLN chịu lực sở vật liệu sét khả áp dụng vào thực tế xây dựng cơng trình giao thơng nở keramzit Loại bê tơng nhẹ chế tạo có KLTT nhỏ Việt Nam 2000 kg/m đạt cường độ chịu nén từ 30 - 60 MPa Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG CỐT LIỆU NHẸ • Luận án phân tích yếu tố ảnh hưởng đến đến cường độ 1.1 Khái quát bê tông nhẹ khối lượng thể tích bê tơng nhẹ; đồng thời đề xuất công 1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển thức thực nghiệm mô tả quan hệ hai đại lượng Bê tông nhẹ sử dụng từ thời cổ đại Sau đế chế La • Đề tài sử dụng phương pháp đồng hóa vật liệu để đề xuất Mã sụp đổ, việc sử dụng bê tông nhẹ trở nên hạn chế công thức dự báo cường độ BTCLN sở mơ hình kỷ 20 cốt liệu nhân tạo sử dụng phổ biến BTCLN học Từ đề xuất phương pháp thiết kế thành phần BTCLN cường độ cao sử dụng nhiều cơng trình từ nhà cao • Một số tính chất học độ bền BTCLN chịu lực tầng, cầu lớn công trình ngồi khơi [25], [45], [57], nghiên cứu phân tích Từ đề xuất cơng thức thực nghiệm [62] xác định mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo bửa, cường độ chịu 1.1.2 Khái niệm phân loại bê tông nhẹ kéo uốn theo cường độ chịu nén BTCLN Đề tài đánh Nhìn chung, bê tơng xem nhẹ có khối lượng thể tích giá sơ lược độ chống thấm thấm ion clo vật liệu BTCLN nhỏ 2000 kg/m Theo tiêu chuẩn châu Âu EN 206-2013 [48], • Luận án nghiên cứu ứng xử uốn dầm bê tông cốt thép chế tạo bê tơng nhẹ phân loại theo khối lượng thể tích thành cấp từ từ BTCLN Từ kết luận ban đầu ứng xử kết cấu D1,0 đến D2,0 theo cường độ chịu nén thành 14 cấp từ BTCLN Đề tài thực phân tích số ứng xử uốn dầm LC8/9 đến LC80/88 Theo ACI 213R-87 [24], bê tông nhẹ chia làm loại - 22 - -3- b, bw bề rộng cánh sườn dầm, mm bê tông nhẹ kết cấu, bê tông nhẹ cường độ thấp bê tông nhẹ khối hf chiều dày cánh chịu nén, mm lượng thể tích nhỏ ds khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép chịu 1.2 Vật liệu chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ kéo, mm 1.2.1 Nguồn gốc phương pháp sản xuất cốt liệu nhẹ a chiều cao khối ứng suất tương đương a = β1.c Cốt liệu nhẹ có nguồn gốc tự nhiên (đá bọt, đá núi lửa, xỉ β1 hệ số chuyển đổi ứng suất khối núi lửa, đá vôi, vỏ cọ ) nhân tạo cách xử lý nhiệt vật c khoảng cách từ mép dầm đến trục trung hòa liệu có tính nở (keramzit, aglơpơrit, peclit, vermiculite, thủy tinh, tro Bảng 13 Tổng hợp sức kháng uốn Mô men uốn (kNm) Sức kháng uốn danh định Mn bay, xỉ lò cao, tro đáy lò nở ) Dầm T18- T145 N128 - Độ rỗng vi cấu trúc: độ rỗng cốt liệu nhẹ lớn nhiều so với 4101,0 3594,5 cốt liệu thơng thường Kích thước phân bố lỗ rỗng có Sức kháng uốn tính toán Mr = 3690,9 3235,0 φM n Từ Bảng Bảng , cho thấy mặt cắt nhịp hai dầm T145 N128 có sức kháng uốn danh định lớn mô men 1.2.2 Các tính chất lý cốt liệu nhẹ Dầm T18- ảnh hưởng đến khối lượng thể tích xốp khả chịu lực cốt liệu nhẹ nhân tạo, đặc biệt định độ hút nước cốt liệu - Khối lượng thể tích: khối lượng thể tích xốp cốt liệu nhẹ uốn tính tốn Cả hai dầm đạt yêu cầu sức kháng uốn theo thường biến đổi từ 350 – 1100 kg/m AASHTO 2007 22TCN 272-05 uốn dự trữ cho hoạt tải Bảng 5.14 So sánh sức kháng uốn hai dầm Mơ men (kNm) Sức kháng uốn tính tốn Mr Mơ men uốn tĩnh tải Mô men uốn cho phép hoạt tải [Mh] = Mr - Mt Bảng 5.14 cho thấy hai dầm có sức kháng [89] [Mh] xấp xỉ - Độ hút nước: độ hút liệu, KLTT bê nước 24h đá phiến tông phụ thuộc sét nở dao động từ 10 vào cấp phối cốt liệu, – khối độ ẩm cốt liệu, hàm lượng lượng khí, hàm lượng cốt liệu từ sét nở biến xi đổi từ 15 - 31% [44] N/CKD, phụ gia hóa 20% theo - Tính chất học: mô tỉ lệ phụ gia đun đàn hồi tương khoáng… đương cốt liệu phương pháp đầm nén, nhẹ biến đổi từ đến điều kiện bảo dưỡng… 17GPa [71] 1.3 Các tính chất bê tông cốt liệu nhẹ - Khối lượng thể tích: ngồi KLTT cốt học măng, - Cường độ nén: phụ thuộc vào đặc trưng cốt liệu, chất lượng vữa tương thích độ cứng hai pha cốt liệu vữa 241 - Mô đun đàn hồi: nhỏ so với bê tông truyền thống mô đun đàn hồi cốt liệu nhẹ thấp cốt liệu nặng thông thường - Hệ số giãn n ởnhiệt: th ấp, thường lấy 8×10–6/°C [28], [67] - Từ biến: cao so ới v bê tông thường cốt liệu có độ 300 cứng thấp tỉ lệ vữa xi măng nhi ều địnhco ngót BTCLN cấp từ - Co ngót: EN 1992-1-1 [28] q4 xui1860 LC20/22 trở lên cầnHđưìnợhc 5tí.n1h tMănặgt clêắnt n2g0a %ngsocầvuới bê tơng thường có c5ù.4n.g2 cườKnếgt đqộuảvàtí5n0h%továớni BTCLN cấp từ LC16/18 trở xuống - Đ ộ b ề n: v iệ c sử d ụ n g c ố t li ệu n hẹ K iể m t sứ c k h n g u ố n củ a kh ô n g ả n h h n g đến độ bền m ặ t c g i ữ a n h ị p t u ổ i m u ộn c ủ a b ê tô n g , d o đ ộ r ỗn g K i ể m t sứ c k h ng u ố n c m ặ t cắ t c ủ a cố t l iệ u nh ìn c không g iữ a n hị p M ≤ φ M u n lTiêronntgụcđóvà kh ơng ản h hư n g đ ế n độ n M m ô m e n k h ng uốthnấdmanchủađịbnêhtông 1.4 BTCLN φ = 0,9 tr o n g x â y d ự φ l h ệ s ố s ứ c n g c ầ u k há n g B T C L N t r on g c c t i c h u ẩ n th i ế 1.4.1M ô m e n u ố n m ặ t c ắ t gi ữ a n h ịp d t k ế cầ u i t ác đ ộng tĩnh tải, hoạt tải M ụ c n y t ổ n g h ợ đ ượ c đ ợ c t ổ n g h ợpp tcráocngqubiảđnịgn5h.1v2ề BTCLN xây dựng cầu tiêu cBhảunẩng V5.iệ2t NTổanmg, hMợỹp vmàơcmhâeun Âuốun, ptíhnâhntotíácnh khác biệt so với bê tông nặng thông thường Tải trọng (kNm) Dầm T18-T145 Dầm T18-N128 1.4.2 Ưu nhược điểm sử dụng BTCLN xây dựng cầu Mô men uốn tĩnh tải 1732,6 1278,7 Ưu điểm: giảm trọng lượng thân cầu, sử dụng cần cẩu với Mô men uốn hoạt tải 1552,5 1507,4 đối trọng nhỏ hay chia thành khối đúc lớn 3285,1 2786,1 Mô men uốn tổng cộng Nhược điểm: đắt hơn, yêu cầu lượng xi măng lớn để đạt đến  a vận chuyển lắp đặt  cường độ đòia hỏi cẩn trọng Md = A f − 0,85 f ' b b β h hf   (5.12) g−iảm )sức c hịu −các t ác nhân hóa BTCLN giòn yế+u  hơn, làm( n S y  s  c w f  học, dù cường đ ộ B TCLN cao so với bêtơng thường 1T.r4o.n3gCđáóc: khuyến cáo ứng dụng BTCLN cơng As làPdhiầện tnícàhy ctốrìtnthhébpàcyhịmu trình cầu ộktéos,ốmkmhuyến cáo sử dụng BTCLN tfryolnàg ’ độ chịu nén đặc trưng bê tông tuổi 28 ngày, icớlàơicường nhgạntrìcnhhảycầcuủ,acchốủt ythếéuplàchcịáuckléưou, Mý MPa Pvềa cốt thép ảnh hưởng cfcủa cốt liệu nhẹ yếu dẫn đến không chặn lan truyền vết nứt -6- - Qui trình 1: ban đầu nhào trộn hỗn hợp vữa xi măng – cát máy trộn vữa (hình 2.9), sau hỗn hợp vữa cốt liệu ẩm nhào trộn tay vòng phút trước đổ khn - Qui trình 2: ban đầu xi măng, cát muội silic trộn khơ, sau thêm nước phụ gia dẻo; cuối cốt liệu ẩm thêm vào máy trộn bê tông kiểu cưỡng (hình 2.10) - 19 - 5.3.1 Vật liệu thành phần BTCLN mẫu dầm thí nghiệm BTCLN dùng để đúc dầm loại LC50 chế tạo từ sỏi STL 5/20, với thành phần tính chất học lấy theo kết thí nghiệm chương trình bày Error! Not a valid bookmark self-reference Bảng Thành phần tính chất bê tơng dầm thí nghiệm Thành phần hỗn hợp bê tông/1m Tỉ lệ X N/CKD (kg) 0,24 587 N MS (kg) (kg) 155 58,7 S C Tính chất bê tông f c’ Ec (kg) (kg) (MPa) (GPa) 486 639 57,5 24,3 fr (MPa) 4,7 Các mẫu thí nghiệm chuẩn bị ba dầm bê tơng cốt thép Hình 2.10 Trộn bê tơng Hình 2.9 Trộn vữa máy máy trộn kiểu cưỡng trộn kiểu hành tinh 0, 5P thước 125 x 230 mm Các dầm tiến hành thí nghiệm uốn điểm, chiều dài nhịp 2.2.3 Đổ mẫu, đầm nén bảo dưỡng Qui trình đ ổ mẫu, đ ầm nén bảo dưỡng thông 2φ8 giản đơn có độ 1400 mm mặt cắt hình chữ nhật có kích 0,5P hường với (khoảng cách hai gối đỡ) ấn định 1200 mm (hình 5.7) 125 2φ8 bê tơng truyền 230 thống 30 φ6a100 170 Chương 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH30 PHẦN B2φT12CLN 3.1 Các phương pháp thiết kế thàn h phần BTCLN 23 φ6 2φ12 30 70 12x100 1400 a100 70 30 30 65 30 Phần tổng hợp phương pháp thiết kế thành phần bê tông ACI 211-2 [28], Chandra-Bertsson [45] Bazenov [2] 3.2 Phương pháp đồng hóa vật liệu composit mơ hình dự báo cường độ bê tơng Hình 5.7 Cấu tạo chi tiết mẫu dầm thí nghiệm 5.3.2 Kết thí nghiệm ứng xử uốn dầm BTCLN Đường cong tải trọng - độ võng (hình 5.9) dầm BTCLN Giả thiết bê tông vật liệu hỗn hợp đàn hồi, đồng nhất, đẳng cho thấy tác dụng tải trọng ngắn hạn dầm chế tạo từ BTCLN có hướng gồm pha: cốt liệu, hồ xi măng cát Mỗi pha thành phần xu hướng (ban đầu tuyến tính, cốt thép bắt đầu vật liệu đàn hồi, đồng đẳng hướng Đồng chảy cuối phá hủy bê tơng vỡ bê tơng đặc trưng hóa phương pháp xác định ứng xử học đồng vật liệu vùng bê - 18 - Quan hệ cường độ kéo uốn fr cường độ nén fc sở thực nghiệm đề xuất sau: fr = 0,68 ƒfc (4.15) 4.5 Độ chống thấm nước thấm ion clo BTCLN chịu lực -7- tông từ đặc trưng học thành phần, tỉ lệ tính chất hình thái bề mặt chúng 3.2.1 Các phương pháp đơn giản để đồng hóa vật liệu - Mơ hình Voigt (mơ hình song song): coi biến dạng điểm Kết thí nghiệm độ chống thấm BTCLN cho thấy loại bê vật liệu Tensơ độ cứng đồng Cv* vật liệu tông LC40 bị nước thấm qua áp lực 12 atm, đạt cấp chống trung bình cộng theo thể tích (c1, c2) tensơ độ cứng (C1, thấm B10 Trong hai loại LC50 LC60 áp lực nước lớn C2) pha 12 atm, mẫu chưa bị nước thấm qua, đạt cấp chống thấm C v* = c C lớn B12 Kết tương tự bê tông nặng thông thường ( 1) ( 2) + c 2C = C (1) C ) (1) + c2 (C (2) – - Mơ hình Reuss (mơ hình nối tiếp): coi trường ứng suất vật Mức độ thấm ion clo tăng từ 166 đến 193C cường độ chịu liệu composit pha đồng Tensơ độ mềm tương đương SR* nén trung bình giảm từ 69 xuống 50 MPa Mức độ thấm thấp vật liệu tính trung bình cộng theo thể tích (c1, c2) tương đương giá trị trung bình đo loại bê tông nặng tensơ độ mềm (S1, S2) pha SR* = c1S cường độ nén 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 cấu kiện chịu uốn Phần tóm tắt lại giả thiết để xây dựng điều kiện tương thích biến dạng, điều kiện cân tính tốn làm (1) + c2S (2) =S (1) + c2(S (2) (1) -S ) - Giới hạn Hashin – Strikman [56]: biểu diễn theo mô đun nén K, mô đun cắt G tỉ lệ thể tích hai pha thiết lập với trường hợp vật liệu n pha đàn hồi, đồng đẳng hướng Cân K G dẫn tới biểu thức tính mơ đun đàn hồi tổng cộng E* vật liệu composit hai pha với Vg tỉ lệ thể tích cốt liệu [61] v (3.13) E i 5.2 Phương pháp phân tích giai đoạn làm tích dầm BTCLN việc dầm BTCLN chịu uốn túy chịu uốn túy theo theo tiêu chuẩn tiêu chuẩn AASHTO AASHTO LRFD 2007 Phần trình bày nguyên tắc tiêu AASHTO 2007 chuẩn [67] tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép phân (1− Vg ) Eg + ( 1+ Vg ) Em 3.2.2 Mơ hình nối tiếp/song song để dự báo cường độ BTCLN De Larrard [92] Voigt Reuss thành mơ hình có khả dự báo tốt ứng xử BTCLN (hình 3.4) Mơ đun đàn hồi vùng song song E* = (1 2/3 2/3 – g )Ev + g Ecl Trong Ev , Ecl mô đun đàn hồi vữa CLN kết hợp mơ hình 5.3 Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn dầm BTCLN Ứng suất )E v + E v2 g / / 3 Ecl σ v vùng nối tiếp: σ = (1–g Khi ứng σ đạt tới giới hạn Rb (cường nén -8của bê tông); σv = Rv (cường độ chịu nén vữa): - 17 - Trong nghiên cứu này, quan hệ cường độ kéo bửa fct REclE cường độ r) ] [1 R nén fc (1g v 2/ mô tả ( 3 phương trình 4.13 Kết ) khớp so với đề xuất ACI 3182011 EN 1992-12004 (4.13) fct = 0,23 ƒfc Hình 3.4 Mơ hình nối tiếp/song song biến động để dự báo cường độ vữa xi 3.2.3 Mơ hình măng - cát hai pha lý tưởng Xét phần tử T đặc trưng V, bao gồm í đá xi măng M cốt n liệu cầu G, chịu h trường ứng suất dọc o trục không đổi σ = σ đ Hai pha đồng ế đẳng hướng, có ứng n xử đàn hồi tuyến tính với mô đun đàn hồi s Em Eg Liên kết ự c đ k ố h t a ô l v g i ệ o u ể t í m c h v ộ n t g t t h n t n c đ t ố r t h í x l c i n i g ệ h m u v ă b ề n i b g ế ằ , n n đ ộ g S d c h c ứ i n n n g c g k h ε g [ i ữ a ] ∗ t r ê trung bình tăng từ 50,3 Hình 14 Quan lên 69,4 MPa, hệ cường độ chịu kéo cườn uốn g độ trung bình tăng lên kéo bửa S ε : ε = Sε xét BTCLN BTC chế tạo từ cốt LN liệu thô nhẹ cát thường có cường độ tác chịu kéo giả uốn thấp khác bê tông nặng, giá trị trung bình nghiệm 0,73 lần cho thấy so với bê tơng cường cường độ cao thí chịu độ có nén cường độ nén c h p 4,85 lên 5,77 nén Kết o Biết σ = Emε => σ = Em(ε ε ) V Sự biến tương ứng từ nhận g độ (3.17) o động ε thường xác định nhờ nhân tố MPa Có thể cườn ô o p nσ = σ + σ = =V-G ứng Hình suất 3.6 ồng tương Vật rắn kh ng trường đồng n vật (trái) rắ biến dạng nhận n không đồng (Hình 3.6) o p o p Em(ε – ε*) = Em (ε + ε ) M * = Em (ε + ε – ε ) G p hệ cường độ kéo uốn cường độ nén bê tông - 16 - -9- Bảng 10 So sánh mơ đun đàn hồi BTCLN thí nghiệm S ten xơ định vị ứng suất biến dạng độc lập với tính chất học tài liệu tham khảo cốt liệu (Eshelby [49]) Trong trường hợp N hạt cốt liệu, sử dụng phương pháp cộng tương Độ lệch giá trị mô đun đàn hồi Cường độ chịu KLTT, nén, kg/m MPa thực nghiệm tài liệu tham khảo, Thực ACI EN NS Zhang nghiệm 318 1992-1 3473 Gjorv 69,4 1989 100 + 17.3 + 18.7 - 2.6 - 13.9 59,7 1890 100 + 7.5 + 9.3 - 8.0 - 17.0 + 7.2 + 8.1 - 5.1 - 8.7 50,3 1731 100 p đương Biết tổng biến động trường ứng suất 0: Vg(σ )G+(1 p V p * g)(σ )M= G = (σ )M + Em(S-1)ε Tính ứng suất lớn đặt vào đá xi măng cốt liệu theo cường độ nén cốt liệu, fcg,và đá xi măng fcm: σ o M = [1 VgEm(S 1)α (Em fcm (3.37) Eg)E m ] σ o G = [1 + (1 Từ kết thực nghiệm, đề xuất cơng thức tính mơ đun đàn hồi BTCLN theo cường độ chịu nén KLTT bê tông sau: Vg)Em(S (Em 1 m ] fcg Với α = (1 1)α Eg)E (3.38) Vg)(Eg Em)S Vg(Em Eg) + Em GCường độ nén vữa o o Rv = min[σ M, σ ] (3.39) r0,3 E q () b 1,5 (4.9) 50 3.2.4 Áp dụng mơ hình biến động mơ hình nối tiếp/song song f 4.4 Cường độ chịu kéo BTCLN chịu lực Khi cường độ để tính BTCLN cường độ - Xác định gần đặc trưng hồ chịu nén trung bình xi măng theo công tăng từ 50,3 lên 69,4 thức Marchand MPa, cường độ ép chẻ đồng [93]: E lên 4,12 MPa BTCLN h chế tạo từ cốt liệu thô cường độ chịu kéo bửa thấp bê tơng nặng, giá trị trung bình 0,88 lần so với bê tơng cường độ cao có cường độ nén Quan hệ cường độ chịu kéo bửa cường độ nén bê tông R h = trung bình tăng từ 3,30 nhẹ cát thường có ( ) = 3 + l o g ( X / N ) ) - Xác định gần đặc trưng vữa xi măng từ mơ hình biến động: mơ đun đàn hồi tính theo cơng thức (3.13), cường độ vữa tính theo cơng thức (3.37), (3.38) (3.39) - Xác định cường độ ( E BTCLN từ mơ hình h (3.14) biết mô đun nối tiếp/song song ) / 2 đàn hồi Ecl tính ( nối tiếp/song song để nhờ quan hệ đề c xuất Holm Bremner [34]: Ecl = 0,008q Trong ρcl khối lượng riêng (KLTT hạt) cốt liệu (kg/m ) 3.3 Sử dụng mơ hình biến động mơ hình thiết kế thành phần BTCLN - 10 - 3.3.1 Vật liệu - 15 - pháp thí nghiệm Phphương ần bốn loại sỏi qui trình trộn thứ 3.3.2 Csử dụng ác hành phầnN Bước 1bước thiết kế t BTCL am số đầu - Tỉ lệ : Lựa chọn cácnvào KLTT bê tông nhẹ Tỉ lệ cốt lith CLN lựa theo yêu cầu về0,4 thể tích bê [45] - Tỉ lệ chọ bê ệu thườngng khoảng từttơng Hình Dạng phá hoại BTCLN nén dọc trục nằm tro tông cường độ cao thường0,2– nằm khoảng từ 0,25–0,4 [70] Kết thí nghiệm chứng minh cường độ chịu nén lên tới - Chọn lượng nước sử dụng N lượng phụ gia dẻo: định tính 60 MPa đạt sử dụng cốt liệu nhẹ cơng tác bê tơng rỗng Bước 2: Tính tốn thành phần - Tính lượng xi măng X lượng muội silic MS: m CKD = N : (N/CKD) = X + MS = X + X X = CKD/(1 + m ); MS = m X liệu nhẹ khối lượng riêng (KLTT hạt) cốt liệu nh cát C theo nguyên tắc thể tích tuyệt đối: qX GPa LC40 20,6 GPa; nhỏ so với bê tơng truyền thống 100 Trong m hàm lượng muội silic Vs.ρs thể tích cốt (1000 – Vs – Mô đun đàn hồi BTCLN LC60 27,1 GPa; LC50 25,4 100 cốt liệu nhẹ S = X 4.3 Mô đun đàn hồi BTCLN chịu lực đ í ó n h V s – N – Vk) ρc qMS g -T MS – 100 l ợ n g l ρs ẹ - Tính lượng C= T Trong Vk r Bước 3: Tính đặc trưng học vữa bê tông o n Từ tỉ lệ thành phần tính cốt liệu nhẹ yếu cốt liệu nặng thông thường cường độ mô đun đàn hồi vữa, cường độ nén bê tông theo công thức mục 3.2 Bước 4: Thực nghiệm kiểm tra Sau tính tốn đặc trưng học, Hình Quan hệ thành phần bê tơng mô đun đàn hồi cường độ kiểm tra điều chỉnh nghiệm thực chịu nén BT Kết thực nghiệm dường phù hợp với tiêu chuẩn Na Uy NS 3473-1992 (bảng 4.10) Tiêu chuẩn ACI 318 EN 1992-1-1 đánh giá cao đặc trưng đàn hồi vật liệu - 14 - - 11 - Độ chống thấm 150x150 6 Độ thấm ion clo 50x100 6 3.3.3 Tính tốn thành phần bê tông đặc trưng học theo mơ hình nối tiếp/song song mơ hình biến động Sỏi STL 5/20 lựa chọn để chế tạo BTCLN chịu lực Phương Phần trình bày kết tính toán cường độ BTCLN theo pháp thiết kế thành phần BTCLN theo mơ hình biến động mơ phương pháp mục 3.3.2 Thành phần hồ xi măng vữa xi măng – hình nối tiếp/song song nhào trộn theo qui trình cát qui đổi tính tốn theo ngun tắc giữ ngun tỉ lệ N/CKD chương Thành phần ba loại bê tơng có cường độ chịu nén Kết thí nghiệm độ sụt tất hỗn hợp lớn 20 đặc trưng 40, 50 60 MPa trình bày bảng 4.2 cm, thỏa mãn mục tiêu thiết kế đề xuất KLTT bê tông tươi đo Bảng Thành phần BTCLN chịu lực Loại BTCLN LC60 fc’ (MPa) 3.3.4 Kết thực nghiệm thành phần bê tông LC50 LC40 dao động từ 1724 đến 2104 kg/m Độ lệch kết thực nghiệm giá trị tính tốn trung bình 2,9% 60 50 40 N/CKD 0,24 0,24 0,24 Xi măng (kg) 587 587 587 Nước (kg) 155 155 155 Cát (kg) 844 639 493 Cốt liệu nhẹ (kg) 381 486 591 3.4 Ảnh hưởng thành phần đến tính chất BTCLN Muội silic (kg) 58,7 58,7 58,7 3.4.1 Khối lượng thể tích bê tơng Phụ gia dẻo (kg) 8,81 8,81 8,81 KLTT bê tông chế tạo từ sỏi STL5/20 lớn, biến đổi từ Nước làm ẩm sỏi (kg) 23,41 29,89 36,36 2057 1964 1871 1926 lên 2093 kg/m ; tăng tỉ lệ sỏi lên 0,3 chế tạo bê tơng nhẹ Khi dùng sỏi SBL10/20 STN2,5/5, KLTT KLTT BT tươi tính tốn (kg/m ) Cường độ chịu nén biến đổi từ 26,2 đến 63 MPa Hầu hết kết có mức độ sai khác tính toán thực nghiệm nhỏ 15% Giá trị lệch trung bình tính tốn theo mơ giá trị thực nghiệm 10,1 MPa, tương đương 4,2% Như vậy, cường độ bê tơng dự báo mơ hình tính tốn xác 3 4.2 KLTT cường độ chịu nén BTCLN chịu lực Cường độ chịu nén BTCLN cho thấy cường độ chịu nén đặc bê tơng hay phần lớn chế tạo nhỏ bê 2000 kg/m tông thỏa mãn tiêu chí thiết kế KLTT 3 trưng BTCLN LC60 62,6 MPa; LC50 57,5 MPa LC40 xuyên qua cốt liệu với 45,7 MPa Các đường tơng (hình 4.6) Điều phá hoại bê tơng giải thích tất cấp phối bê Khi tỉ lệ thể tích tuyệt đối cốt liệu giảm xuống 0,2 m /m bê tông, phần lớn KLTT 2000 kg/m Khi tăng bê tơng vượt q 1900 thể tích lên 0,35, KLTT bê tông phần lớn giảm xuống liên kết tốt cốt liệu đá xi măng khả chịu l ự với loại cốt liệu Khi cần thiết kế bê tông có yêu cầu chặt c h - 12 - - 13 - 3.4.3 Quan hệ cường độ chịu nén KLTT BTCLN Biểu thức quan hệ cường độ nén KLTT BTCLN: fc = 145,8ρb – 473,8ρb + 412,4 loại Hình 3.11 cốtẢnh liệu hưởng đế (N/C n KLTT BTN 3.4.2 Cường KD = 0,24) Hình 3.12 Ảnh hưởng loại BTN cốt liệu đến KLTT26) (N/CKD = 0, độ chịu nén BTCLN Khi KLTT cốt liệu nhẹ tăng từ 0,97 đến 1,38 kg/m , cường độ Hình 3.19 Quan hệ cường độ chịu nén KLTT BTCLN chịu nén bê tông tăng mạnh từ 26 đến 63 MPa Bê tông dùng sỏi Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH STN 2,5/5 có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày thấp Ngược lại, CHẤT CỦA BTCLN CHỊU LỰC bê tông sử dụng sỏi STL 5/20 có cường độ chịu nén cao Với tỉ lệ thể tích cốt liệu nhẹ 0,2, tất kết thử cường độ Mục đích chương hiểu rõ giới hạn BTCLN chịu lực chịu tải học, khác biệt tính chất đặc trưng nén bê tông lớn 40 MPa Ngược lại, tỉ lệ thể tích 0,35, BTCLN bê tông nặng thông thường cường độ bê tông dùng hai loại sỏi Bemes thấp, không đạt mục tiêu 4.1 Vật liệu, thành phần, phương pháp chế tạo BTCLN chịu lực nghiên cứu Khi sử dụng thể tích cốt liệu nhẹ 0,28, chế tạo BTCLN chịu lực với cường độ đạt 40 MPa Số lượng mẫu cho phép thử tổng hợp Bảng Bảng Kế hoạch thí nghiệm đặc tính BTCLN chịu lực Chỉ tiêu thí nghiệm Kích thước mẫu (mm) Hình 3.15 Ảnh hưởng loại Hình 3.16 Ảnh hưởng cốt liệu đến cường độ loại cốt liệu đến cường độ BTN (N/CKD = 0,24) BTN (N/CKD = 0,26) Tổng số mẫu thử LC40 LC50 LC60 Khối lượng thể tích 150x300 15 15 15 Cường độ chịu nén 150x300 15 15 15 Mô đun đàn hồi 150x300 15 15 15 Cường độ chịu kéo bửa 150x300 6 Cường độ chịu kéo uốn 100x100x400 6 ... cấu cầu cường độ bê tông cốt Hướ ng nghi ên cứu tiếp • Mở rộng chương trình nghiên cứu thực nghiệm nhiều loại cốt liệu nhẹ để khẳng định kết luận tính chất học BTCLN chịu lực • Nghiên cứu số tính. .. kết cấu cầu to lớn, Nhữ ng nội dun g cần giải quy ết mở hướng việc tìm kiếm vật liệu thay cốt liệu bê tông truyền thống khả • Nghiên cứu tổng quan bê tơng cốt liệu nhẹ; • Nghiên cứu vật liệu, phương... biến xây dựng nói chung nhằm xây dựng cầu nói riêng hồn từ 70 năm qua thiện hiểu biết độ ứng xử kết cấu giới [2], nhiên hoàn toàn mẻ thị trường Việt Nam Việc nghiên cứu thành phần, tính chất bê