Nghiên cứu sự làm việc của dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao làm chất kết dính geopolymer

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Phạm Quang Đạo NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LỊ CAO LÀM CHẤT KẾT DÍNH GEOPOLYMER LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Phạm Quang Đạo NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO LÀM CHẤT KẾT DÍNH GEOPOLYMER Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM THANH TÙNG GS.TS NGÔ ĐỨC TUẤN Hà nội, năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 18 tháng 02 năm 2021 Tác giả luận án Phạm Quang Đạo ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC HÌNH VẼ xii MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài .2 Mục đích nội dung nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cơ sở khoa học luận án Phương pháp nghiên cứu .4 Những đóng góp luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GPC VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP 1.1 Giới thiệu bê tông geopolymer 1.1.1 Khái niệm bê tông geopolymer 1.1.2 Thành phần vật liệu chất kết dính geopolymer 1.1.3 Ứng dụng bê tông geopolymer giới 11 1.1.4 Nghiên cứu ứng dụng bê tông geopolymer Việt Nam 13 1.2 Kết nghiên cứu chế tạo đặc trưng học GPC 14 1.2.1 Cấp phối chế tạo vật liệu 14 1.2.2 Quan hệ cường độ chịu nén chịu kéo 17 1.2.3 Mô đun đàn hồi hệ số poisson 19 1.2.4 Quan hệ ứng suất - biến dạng 20 iii 1.2.5 1.3 Đặc trưng học dài hạn độ bền vững 22 Kết nghiên cứu lực dính ứng xử dầm GPC cốt thép 23 1.3.1 Nghiên cứu lực dính bê tơng cốt thép 23 1.3.2 Nghiên cứu làm việc dầm GPC cốt thép 24 1.4 Lý thuyết tính tốn làm việc tiết diện thẳng góc dầm OPC cốt thép 26 1.4.1 Mơ hình quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu OPC .26 1.4.2 Lý thuyết tính tốn TDTG dầm BTCT theo TCVN 5574: 2018 [15] 29 1.5 Nhận xét chương 34 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC BÊ TÔNG GEOPOLYMER Nguyên tắc xây dựng cấp phối 35 2.2 Phương pháp xác định đặc trưng học vật liệu 38 2.3 Vật liệu chế tạo GPC 39 2.3.1 Vật liệu chế tạo chất kết dính 39 2.3.2 Cốt liệu 41 2.4 Thực nghiệm khảo sát cấp phối chế tạo GPC .42 2.4.1 Xây dựng cấp phối khảo sát chế tạo GPC 42 2.4.2 Qui trình chế tạo vật liệu GPC .43 2.4.3 Kết khảo sát cấp phối chế tạo GPC 44 2.5 Thực nghiệm xác định đặc trưng học bê tông 46 2.5.1 Qui trình thí nghiệm đặc trưng học GPC 46 2.5.2 Cường độ chịu nén 48 iv 2.5.3 Cường độ chịu kéo 48 2.5.4 Mô đun đàn hồi .49 2.5.5 Quan hệ ứng suất biến dạng GPC 51 2.6 Nhận xét chương 53 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP 3.1 Quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu GPC 54 3.1.1 Nguyên tắc lựa chọn mơ hình quan hệ ứng suất – biến dạng .54 3.1.2 Đề xuất mơ hình quan hệ ứng suất - biến dạng cho GPC 55 3.1.3 Mô đun đàn hồi hệ số pốt-xơng .57 3.2 Các giai đoạn làm việc tiết diện thẳng góc dầm GPC cốt thép 57 3.2.1 Giai đoạn đàn hồi tiết diện chưa nứt 58 3.2.2 Giai đoạn sau nứt 58 3.2.3 Giai đoạn phá hoại 58 3.3 Mô men kháng nứt dầm GPC cốt thép 59 3.3.1 Xây dựng cơng thức tính mơ men kháng nứt 60 3.3.2 Đề xuất hệ số 𝜸𝜸 xét đến biến dạng dẻo vùng kéo bê tông GPC 62 3.4 Tính tốn khả chịu lực tiết diện thẳng góc dầm GPC cốt thép 63 3.4.1 Phương pháp tính theo biến dạng phi tuyến 63 3.4.2 Phương pháp tính theo nội lực giới hạn 68 3.5 Kiểm chứng công thức đề xuất cho dầm GPC cốt thép 70 3.5.1 Kiểm tính mô men kháng nứt 71 3.5.2 Kiểm tính khả chịu lực 71 v 3.6 Nhận xét chương 72 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG SỐ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP 4.1 Nghiên cứu thực nghiệm làm việc dầm GPC cốt thép 73 4.1.1 Mục tiêu nghiên cứu .73 4.1.2 Thiết kế mơ hình thí nghiệm 73 4.1.3 Thí nghiệm đặc trưng học vật liệu 79 4.1.4 Trình tự xử lý kết thí nghiệm dầm 80 4.1.5 Đánh giá kết thí nghiệm 82 4.2 Mô số làm việc dầm GPC cốt thép .97 4.2.1 Xây dựng mơ hình số dầm GPC cốt thép phương pháp PTHH 97 4.2.2 Phân tích kết mơ số 100 4.3 So sánh kết thực nghiệm mô số làm việc dầm GPC cốt thép 104 4.3.1 Về ứng xử vật liệu bê tông cốt thép TDTG .105 4.3.2 Về mô men kháng nứt khả chịu lực 106 4.4 Nhận xét Chương 107 KẾT LUẬN DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 PHỤ LỤC A PL1 PHỤ LỤC B PL27 PHỤ LỤC C PL98 PHỤ LỤC D PL100 PHỤ LỤC E PL105 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Chữ Latinh viết hoa Kí hiệu M (1/r) ACI 318:2019 Hoặc ACI 318 BFS Diễn giải Hệ số mô men khả chịu lực dầm Độ cong dầm Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông Viện bê tông Hoa Kỳ Xỉ lị cao BTCT Bê tơng cốt thép CHH Chất hoạt hóa CKD Chất kết dính Cov Hệ số biến động Eb EC2 Mô đun đàn hồi bê tông Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép châu Âu Mơ đun đàn hồi trung bình bê tông Tro bay Ecm FA GGBFS GP GPC Xỉ lị cao nghiền mịn Chất kết dính geopolymer Bê tơng geopolymer L Chiều dài hình học dầm L0 Nhịp tính tốn dầm LVDT Chuyển vị kế M Mơ men uốn Mcrc Mô men kháng nứt Mgh Khả chịu lực tiết diện thẳng góc N Hệ tiêu chuẩn tham chiếu Khối lượng nước TCVN 5574: 2018 EC2 vii OPC Bê tông xi măng P Pcrc Lực tập trung Tải trọng gây nứt Pu Tải trọng phá hoại Rb Cường độ chịu nén tính tốn bê tơng TCVN 5574:2018 Rbt Cường độ chịu kéo tính tốn bê tơng TTGH I Cường độ chịu kéo tính tốn bê tơng TTGH II Cường độ chịu kéo trung bình bê tơng TCVN 5574:2018 Rbt,ser Rbtm TB TCVN 5574: 2018 TCVN 5574:2018 Trung bình TDTG Tiêu chuẩn Việt Nam – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Tiết diện thẳng góc TTGH I Trạng thái giới hạn I TTGH II Trạng thái giới hạn II USBT Ứng suất bê tông USCT Ứng suất cốt thép Z TCVN 5574:2018 Cánh tay đòn nội ngẫu lực tiết diện dầm BTCT Chữ Latinh viết thường Kí hiệu Diễn giải a Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến thớ ngồi bê tơng chịu kéo tiết diện Bề rộng khe nứt acrc b fy Chiều cao tiết diện dầm Giới hạn chảy cốt thép Hệ tiêu chuẩn tham chiếu viii f’c Cường độ chịu nén đặc trưng bê tông fc Ứng suất nén bê tông fck Cường độ chịu nén đặc trưng bê tông EC2 fck Cường độ chịu nén đặc trưng bê tông EC2 fcm Cường độ chịu nén trung bình bê tơng EC2 fct Cường độ chịu kéo dọc trục fct,sp ACI 318 Cường độ chịu kéo ép chẻ fr Cường độ chịu kéo uốn fu Giới hạn bền cốt thép h Chiều cao tiết diện dầm h0 Chiều cao làm việc dầm x Chiều cao vùng nén bê tông y Chuyển vị dầm Chữ cái Hy lạp Kí hiệu Diễn giải ν bt Hệ số đàn hồi bê tông εb Biến dạng bê tông chịu nén ε bu Biến dạng thớ ngồi bê tơng vùng nén tiết diện dầm Biến dạng đàn hồi bê tông chịu kéo εbt ,el Hệ tiêu chuẩn tham chiếu TCVN 5574:2018 εs Biến dạng cốt thép chịu kéo ξR Hệ số giới hạn chiều cao vùng nén TCVN 5574:2018 αR TCVN 5574:2018 ε b1 Hệ số giới hạn mô men khả chịu lực theo phương pháp vùng nén chữ nhật Biến dạng giới hạn bê tông vùng nén εb2 Biến dạng cực hạn bê tông vùng nén TCVN 5574:2018 ε bt Biến dạng cực hạn bê tông vùng kéo TCVN 5574:2018 TCVN 5574:2018 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Phạm Quang Đạo NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LỊ CAO LÀM CHẤT KẾT DÍNH GEOPOLYMER Chun ngành:... 22 Kết nghiên cứu lực dính ứng xử dầm GPC cốt thép 23 1.3.1 Nghiên cứu lực dính bê tông cốt thép 23 1.3.2 Nghiên cứu làm việc dầm GPC cốt thép 24 1.4 Lý thuyết tính tốn làm việc tiết... VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP 1.1 Giới thiệu bê tông geopolymer 1.1.1 Khái niệm bê tông geopolymer 1.1.2 Thành phần vật liệu chất kết dính geopolymer 1.1.3 Ứng dụng bê