Nghiên cứu chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định khả năng nứt bề mặt của bê tông ở độ tuổi sớm tt

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO TĨM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG NỨT BỀ MẶT CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM Mã số: B2017-ĐN02-26 Chủ nhiệm đề tài: TS NGUYỄN VĂN HƯỚNG Đà Nẵng, 6/2019 Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI TT Đơn vị công tác Họ tên Nguyễn Văn Hướng Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Phạm Lý Triều Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Hồ Anh Dung Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Nguyễn Thị Lộc Trường Cao đẳng GTVT – Kỹ thuật xây dựng Hồ Văn Lưu Ban quản lý dự án đầu tư xây dựng cơng trình DD&CN Đà Nẵng Nguyễn Văn Minh Ban quản lý dự án đầu tư xây dựng cơng trình DD&CN Đà Nẵng ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị Nội dung phối hợp nghiên cứu Họ tên người đại diện đơn vị Cơng ty Cổ phần Hố Hỗ trợ thiết bị thí nghiệm, triển khai ứng dụng, hỗ Vũ Quốc Chỉnh chất Hoa Sen trợ kinh phí vật liệu thí nghiệm i Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài 2.Mục đích đề tài 3.Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.Đối tượng phạm vi đề tài 5.Nội dung đề tài Chương TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG NỨT CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM 1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu tượng nứt bê tông tuổi sớm 1.2Quá trình hyđrat xi măng 1.3Sự phát triển cấu trúc hồ xi măng 1.4Tổng quan tính chất hỗn hợp bê tông dẻo bê tông cứng rắn Chương PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM GÂY NỨT VÀ BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM 10 2.1Tổng quan phương pháp đo thay đổi thể tích bê tông tuổi sớm 10 2.2Nguyên tắc thiết kế thiết bị xác định thời điểm nứt ứng suất gây nứt bê tông tuổi sớm10 2.3Thiết kế chi tiết thiết bị 11 2.4Xây dựng chương trình kết nối phần cứng thu thập xử lý số liệu 13 2.5Qui trình thí nghiệm 13 Chương ÁP DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG GÂY NỨT VÀ THỜI ĐIỂM NỨT CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM 14 3.1Vật liệu thí nghiệm 14 3.2Cấp phối mẫu thí nghiệm 14 3.3Phân tích kết thí nghiệm 14 Chương BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU HIỆN TƯỢNG NỨT CỦA BÊ TÔNG TUỔI SỚM 15 4.1Tổng quan giải pháp giảm thiểu tượng nứt bê tông tuổi sớm 15 ii Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN 4.2Áp dụng thiết bị thí nghiệm chế tạo để kiểm chứng gải pháp đề xuất 15 4.2.1 Cấp phối thí nghiệm 15 4.2.2 Kết bình luận 15 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 17 5.1Kết luận: 17 5.2Kiến nghị: 17 iii Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1 Các cấp phối bê tơng thí nghiệm có khơng có tro bay 15 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Q trình đóng rắn xi măng portland Hình 2.1 Phát triển ứng suất kéo vịng bê tơng co ngót khơ bị kiềm hãm vịng trịn thép 11 Hình 2.5 Mã nguồn lập trình chương trình cho thiết bị ring-test ngơn ngữ lập trình LabVIEW 13 Hình 3.1 Kết phát triển biến dạng bốn cảm biến (CB) cho mẫu bê tông Ref .14 Hình 3.2 Vết nứt mẫu bê tông Ref 14 Hình 4.1 Kết phát triển cường độ theo thời gian mẫu đối chứng (Ref) mẫu chứa tro bay (FA15 FA25) 15 Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Research and manufacturing of experimental equipment to determine the potential of the surface cracks of concrete at early age Code number: B2017-ĐN02-26 Coordinator: Nguyễn Văn Hướng Implementing institution: University of Science and Technology - The University of Danang Duration: from 01/6/2017 to 30/6/2019 Objective(s): - Manufacturing of experimental equipment to determine the potential of the surface cracks of concrete at early age; - Typical application for the fresh concrete batching plants and the factories of concrete chemical sdditives and proposing reasonable concrete mix to limit the surface cracking of early concrete; - Effectively exploit the experimental equipments of TRIG project Creativeness and innovativeness: - Ring-test laboratory equipment in accordance with ASTM C1581; - Effect of fly ash for reducing crack of early age concrete Research results: The report and the experimental equipment Products: - Educational Products: 02 masters; - Scientific products: 02 articles; - Product application: 01 experimental equipment, 01 design drawing, experimental procedure Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results: - Transfer to factories of construction materials; - Application address: application in laboratory of concrete materials, practical application at Hoa Sen Chemical Joint Stock Company (support this project) and commercial concrete batching plant of Me Kong Binh Dinh (Qui Nhon) Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện tượng nứt bê tông độ tuổi sớm (early age) trước sau bê tông khô cứng xảy phổ biến, mang đến hậu giảm chất lượng, giảm độ bền cơng trình và/ chi phí xử lý tốn Hiện tượng nứt bê tông non ứng xử học vật liệu giảm thể tích dịch chuyển pha bê tơng khơng cịn tính dẻo Nguyên nhân tượng do: co ngót hóa học (Chemical shrinkage), co ngót dẻo (Plastic shrinkage), co ngót khơ (drying shrinkage), biến dạng nhiệt (thermal deformation) nứt tượng phân tầng tách nước (Plastic Settlement Cracks) Sự nứt bê tông tuổi sớm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tính chất vật liệu, kết cấu cơng trình, thi cơng, điều kiện mơi trường, Do đó, mục tiêu nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định thời điểm gây nứt đánh giá mức độ tiềm gây nứt (Potential for cracking classification) cấp phối bê tông theo Tiêu chuẩn ASTM C1581, đồng thời đề xuất giải pháp nhằm hạn chế tượng nứt bê tơng tuổi sớm có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục đích đề tài - Chế tạo thiết bị qui trình thí nghiệm để xác định q trình co ngót thời điểm nứt bê tông tuổi sớm; - Áp dụng điển hình cho vài trạm bê tơng tươi nhà máy sản xuất phụ gia hóa học cho bê tơng, từ kiến nghị cấp phối bê tơng hợp lý để hạn chế tượng nứt bề mặt bê tông tuổi sớm; - Khai thác hiệu thiết bị thí nghiệm dự án TRIG Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận: kế thừa kết nghiên cứu giới co ngót nứt co ngót bê tông tuổi sớm - Phương pháp nghiên cứu: phân tích lý thuyết kết hợp thí nghiệm Đối tượng phạm vi đề tài - Đối tượng nghiên cứu: Bê tông - Phạm vi nghiên cứu: Nứt co ngót bê tơng độ tuổi sớm Nội dung đề tài Để đạt mục đích đề ra, đề tài nghiên cứu nội dung sau: - Tổng quan tượng nứt bê tông độ tuổi sớm; - Phát triển thiết bị thí nghiệm xác định thời điểm gây nứt ứng suất gây nứt bê tông độ tuổi sớm; - Áp dụng thiết bị thí nghiệm để đo thay đổi thể tích chất kết dính bê tơng độ tuổi sớm; - Biện pháp giảm thiểu tượng nứt bê tông tuổi sớm Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN Chương TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG NỨT CỦA BÊ TƠNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tượng nứt bê tơng tuổi sớm Hiện tượng nứt bê tông non ứng xử học vật liệu giảm thể tích dịch chuyển pha bê tơng khơng cịn tính dẻo Ngun nhân tượng do: Co ngót hóa học (Chemical shrinkage), co ngót dẻo (Plastic shrinkage), co ngót khơ (drying shrinkage), biến dạng nhiệt (thermal deformation) nứt tượng phân tầng tách nước (Plastic Settlement Cracks) Vấn đề thu hút nghiên cứu Nhà khoa học giới, hướng nghiên cứu tiếp cận từ mơ hình nhiều cứu giải pháp khắc phục Cụ thể Dong et al nghiên cứu vịng elíp đo co ngót bê tơng non tuổi để thay cho vịng đo co ngót hình trịn theo tiêu chuẩn ASTM AASHTO, đồng thời kết hợp với phương pháp mô mơ hình số Nhóm nghiên cứu kiến nghị việc dùng vịng đo co ngót dạng hình elíp cho kết nhanh đáng tin cậy hơn; Yoo et al nghiên cứu hiệu kết hợp việc dùng phụ gia giảm co ngót phụ gia giãn nở để hạn chế co ngót nứt non tuổi bê tơng tính cao dùng sợi thép gia cường Nghiên cứu thí nghiệm bê tơng có chiều dày khác (40mm, 60mm 80mm), kết nghiên cứu việc dùng kết hợp 1% phụ gia giảm co ngót 7.5% phụ gia giãn nở mang lại hiệu cải thiện cường độ học giảm co ngót tự khoảng 36÷42% thời điểm ngày so với mẫu đối chứng Ở Việt Nam, nghiên cứu nứt co ngót bê tơng độ tuổi sớm chưa nhiều, có số nghiên cứu Nguyễn Quang Phú nnk Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào loại bê tơng tính cao (HPC), phương pháp nhóm nghiên cứu xác định nứt co ngót bê tơng độ tuổi sớm dùng thí nghiệm vịng trịn đo co ngót (ring test) mơ mơ hình số, ngồi Nguyễn Quang Phú cộng nghiên cứu giải pháp dùng phụ gia hóa học phụ gia khống để hạn chế tượng nứt co ngót bê tơng độ tuổi sớm 1.2 Quá trình hyđrat xi măng Q trình hyđrat xi măng Portland có trộn chất hoạt hóa thạch cao (CaSO4.2H2O) qua phương trình hóa học sau: CŜH1/2 + 1,5H → CŜH2 (1) C3S + 5,3H → C1,7SH4 + 1,3CH (2) C2S + 4,3H → C1,7SH4 + 0,3CH (3) C3A + 3CŜH2 + 26H → C6AŜ3H32 (4) C6AŜ3H32 + 2C3A + 4H → 3C4AŜH12 (5) C3A + 6H → C3AH6 (6) C3AF + 3CŜH2 + 30H → C6AŜ3H32 + 2CH + FH3 (7) C6AŜ3H32 + 2C4AF + 12H → C4AŜH12 + 2CH + FH3 (8) (ký hiệu: C: CaO, S: SiO2, H: H2O, A: Al2O3, F: Fe2O3, Ŝ: SO3) 1.3 Sự phát triển cấu trúc hồ xi măng Khi tiếp xúc với nước xảy phản ứng thủy hóa tạo thành dạng hồ gọi hồ xi măng Tiếp đó, hình thành sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu q trình ninh kết sau q trình hóa cứng cuối nhận dạng vật liệu có cường độ độ ổn định định Quá trình phát triển cấu trúc xi măng tiếp xúc với nước chia thành ba giai đoạn Hình 1.1: Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN a Quá trình rắn hồ xi măng [20] b Quá trình hình thành cẫu trúc hồ xi măng [21] Chú thích: Dormant period: giai đoạn hòa tan hay giai đoạn ngũ Setting: Ngưng kết Hardening: rắn Initial setting time: thời điểm bắt đầu ngưng kết Final setting time: thời điểm kết thúc ngưng kết Cement: xi măng Hydration products: sản phẩm hyđrat Capillary pores: lổ rỗng mao dẫn Hình 1.1 Q trình đóng rắn xi măng portland 1.4 Tổng quan tính chất hỗn hợp bê tông dẻo bê tông cứng rắn Hỗn hợp bêtơng thể vật lí đồng xi măng, nước, cốt liệu phụ gia Chúng tương tác với lực liên kết vật lí hố học Hỗn hợp bê tơng bắt đầu xuất biến dạng đàn hồi cường độ cấu trúc Mặt khác chảy nhão giống chất lỏng quánh Vì hỗn hợp bê tơng coi vật thể đàn hồi – dẻo qnh Nó vừa mang tính chất chất rắn vừa có tính chất chất lỏng Đối với bê tơng cứng rắn có đặc trưng tính chịu lực, tính thấm nước, khả chịu nhiệt, tính co ngót, giảm độ bền tác nhân bê bên Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN Chương PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM GÂY NỨT VÀ BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM 2.1 Tổng quan phương pháp đo thay đổi thể tích bê tơng tuổi sớm Đo co ngót chất kết dính bê tông non tuổi phải xác định liên tục sau nhào trộn bê tông/ vữa hay hồ xi măng mà không ảnh hưởng đến trạng thái tự nhiên vật liệu Do vậy, xem thách thức để nghiên cứu phương pháp đo đạt độ xác cao Cho đến nay, tùy theo đặc tính mẫu đo, biến dạng mẫu chia làm hai nhóm: nhóm đo biến dạng theo thể tích nhóm đo biến dạng theo biến dạng dài 2.2 Nguyên tắc thiết kế thiết bị xác định thời điểm nứt ứng suất gây nứt bê tông tuổi sớm Bê tông loại vật liệu không đồng hình thành tương tác thành phần thường bao gồm ximăng, cốt liệu, nước phụ gia (nếu có), Q trình thủy hóa xảy chất kết dính tương tác với nước, sản phẩm bê tông thu không ổn định mặt thể tích, thay đổi thể tích bê tơng diễn q trình thủy hóa chất kết dính bắt đầu Khuynh hướng thay đổi thể tích bê tơng thường biểu dạng co ngót, co ngót bị kiềm hãm (do cốt liệu, cốt thép liên kết kết cấu, ) phát sinh ứng suất kéo dẫn đến nứt Các loại co ngót gây nứt cho bê tơng gồm: co ngót dẻo (plastic shrinkage: giảm thể tích bê tơng cịn trạng thái dẻo, nước bề mặt bê tông Khi lượng nước bền mặt bê tơng lớn 0.5 kg/m2/h nứt co ngót dẻo xảy ra, lượng nước tăng lên lớn 1.0 kg/m2/h tượng nứt co ngót dẻo chắn xảy ra; co ngót tự sinh (autogenous shrinkage: giảm thể tích biểu kiến (apparent volume) hồ xi măng suốt trình hyđrat; co ngót khơ (drying shrinkage: nước từ bê tông môi trường xung quanh Nguyên nhân co ngót khơ nước từ lỗ rỗng mao dẫn tồn bên thông qua bề mặt mơi trường có độ ẩm tương đối thấp Nước tồn lỗ rỗng mao dẫn gọi nước tự (free water) giữ lại lỗ rỗng lực mao dẫn (capillary pores), lực mao dẫn tỷ lệ nghịch với đường kính rỗ rỗng Theo thời gian, ứng suất kéo cục sinh lực lỗ rỗng cấu trúc bê tông vượt cường độ chịu kéo nứt co ngót khơ hình thành Do vậy, co ngót bê tơng xảy bắt đầu cịn trạng thái lỏng (fresh concrete), suốt q trình đơng kết kéo dài sau co ngót phụ thuộc vào tính chất bê tơng (cấp phối, nhiệt độ bê tơng tươi, thi cơng dưỡng hộ), hình dạng kết cấu điều kiện môi trường Moon Weiss mơ tả q trình phát sinh ứng suất gây co ngót khơ vịng bê tơng hình trịn bị ngăn cảng vịng trịn thép bên Hình 2.1 Sau đó, Weiss Hosein tiến hành nghiên cứu thực nghiệm dùng bốn cảm biến đo ứng suất xác định ứng suất gây co ngót khơ hai điều kiện (co ngót nước mặt mặt vòng bê tơng (Hình 2.2a); co ngót co ngót khơ mặt ngồi vịng bê tơng (Hình 2.b)) Cho đến nay, có số phương pháp thí nghiệm đề xuất để đánh giá khả nứt sớm mẫu bê tơng bị kiềm hãm co ngót, phương pháp khác chủ yếu hình dạng mẫu mức độ kiềm hãm (degree of restraint): kiềm hãm trục (restrained uniaxial), kiềm hãm dạng (restrained slab), kiềm hãm dạng dầm (restrained beam), kiềm hãm dạng vịng trịn (restrained ring) kiềm hãm dạng elíp (restrained ellipse) Tuy nhiên, việc thực thí nghiệm đơn giãn điều chỉnh mức kiềm hãm nên thiết bị thí nghiệm ring-test sử dụng rộng rãi để kiểm soát chất lượng đánh giá khả nứt co ngót bị kiềm hãm cấp phối bê tông Hiện nay, phương pháp thí nghiệm ring-test trở thành tiêu chuẩn ASSHTO PP34-99 Hội giao thông xa lộ Mỹ ASSHTO tiêu chuẩn ASTM C1581 / C1581M – 18ª Hội thí nghiệm vật liệu Mỹ ASTM Sự 10 Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN khác phương pháp thí nghiệm ring-test ASSHTO ASTM mức độ kiềm hãm co ngót Mức độ kiềm hãm ring-test ASTM (70÷80)%, ring-test ASSHTO (50÷60)% Do vậy, điều kiện thí nghiệm cho cấp phối thí nghiệm theo ring-test ASTM thực nhanh Hình 2.1 Phát triển ứng suất kéo vịng bê tơng co ngót khơ bị kiềm hãm vịng trịn thép Hình 2.2 Xác định ứng suất vịng bê tơng thực nghiệm co ngót khơ bị kiềm hãm vòng tròn thép 2.3 Thiết kế chi tiết thiết bị Trong đề tài này, chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định khả gây nứt thời điểm nứt bê tông non tuổi phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C1581 / C1581M – 18a 11 Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN Thiết bị gồm phận (Hình 2.3): Vịng trịn thép bên có chiều cao 152 mm, đường kính ngồi 330 mm, dày 12.5 mm, độ nhẵn mặt mặt đạt 1.6 m; Vịng trịn ngồi có đường kính 406 mm, chiều dày mm; Hai vòng tròn thép đặt đáy hình vng (450 x 450 mm2) thép phẳng dày mm phủ sơn epoxy nhờ chốt định vị; Bốn cảm biến (ký hiệu: CB1, CB2, CB3 CB4) loại SGT-2DD/350-SY11 OMEGA® gián vào mặt vịng trịn thép vị trí chiều cao cách theo đường kính để ghi nhận biến dạng vịng trịn thép bên (do co ngót vịng bê tơng xung quanh) laoị keo gián chuyên dùng Extra 4000; Số liệu thí nghiệm đo thiết bị thu nhận liệu NI9237 kết nối với máy tính thơng qua cổng giao tiếp NI USB9162 Sau lắp đặt thiết bị theo thiết kế, hệ thống thiết bị ring-test hoàn chỉnh thể Hình 2.4 a Các vịng trịn thép, cảm biến đáy b Cảm biến SGT-2DD/350-SY11 (Shear, CHT: 254, G.F:2.15, 350 ohms) c keo gián cảm biến vào mặt vịng thép Extra 4000 d Mơ đun thu tín hiệu National Instruments NI 9237 e Cổng kết nối NI USB9162 e Kết nối NI 9237 với NI USB9162 Hình 2.3 Các phận để lắp ráp thiết bị ring-test Hình 2.4 Hệ thống thiết bị ring-test thực tế 12 Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN 2.4 Xây dựng chương trình kết nối phần cứng thu thập xử lý số liệu Để thu thập số liệu cách tự động liên lục với tần suất đo thay đổi theo yêu cầu, nhóm tác giả xây dựng chương trình ngơn ngữ lập trình LabVIEW Lập trình chương trình thu thập số liệu đo biến dạng (do vịng bê tơng sinh ra) bốn cảm biến vòng tròn thép bên thể Hình 2.5 Hình 2.2 Mã nguồn lập trình chương trình cho thiết bị ring-test ngơn ngữ lập trình LabVIEW 2.5 Qui trình thí nghiệm Trước đổ mẫu vào khn cần dùng dầu (dầu thoa khn thí nghiệm) thoa mặt ngồi vịng thép bên trong, mặt vịng thép ngồi đáy vị trí bê tơng tiếp xúc Mẫu đổ thành hai lớp có chiều cao tương đương nhau, lớp đổ đầm 75 lần xung quanh sắt trịn trơn đường kính 10 mm tiến hành rung sau lớp đổ Quá trình đo biến dạng thực vịng 10 phút sau cơng việc đổ mẫu thực xong, sau 24 vịng trịn ngồi tháo dỡ Tần suất lấy kết biến dạng 30 phút đo đến vịng bê tơng bị nứt thể bề mặt mẫu giảm đột ngột giá trị biến dạng vòng tròn thép mà cảm biến ghi nhận Mỗi cấp bê tơng thí nghiệm thực ba mẫu đồng thời điều kiện thí nghiệm tương tự 13 Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN Chương ÁP DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG GÂY NỨT VÀ THỜI ĐIỂM NỨT CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM 3.1 Vật liệu thí nghiệm Vật liệu thí nghiệm gồm: xi măng, cát, đá, tro bay, phụ gia hóa học R301M_Lotus 3.2 Cấp phối mẫu thí nghiệm Cấp phối thiết kế sở cho cường độ 28 ngày đạt khoảng 60MPa độ sụt bê tông tươi ban đầu (17 ± 1) cm Chi tiết cấp phối thể Bảng 3.1 Bảng 3.1 Cấp phối bê tơng thí nghiệm Cấp phối Ref (0 % tro) Xi măng 470 Tro bay (FA) Thành phần (kg) Cát Đá Nước 770 1065 162 Lotus-301M 5.17 N/CKD 0.34 3.3 Phân tích kết thí nghiệm Kết cấp phối Ref cho thấy biến dạng nén ghi nhận cảm biến tăng đến thời điểm khoảng sau ngày biến dạng giải phóng hồn tồn (giá trị biến dạng giảm đột ngột trị số  0), xác định thời điểm nứt bê tông theo ASTM C1581 Kết theo thời gian co ngót bê tơng tăng (trong điều kiện thí nghiệm chủ yếu co ngót hóa học co ngót khơ), co ngót bê tơng gây biến dạng nén lên vịng trịn thép, vòng tròn thép ngăn cản (kiềm hãm) biến dạng nên sinh ứng suất kéo vòng bê tông ứng suất vượt cường độ chịu kéo bê tơng vết nứt xất (thể Hình 3.2) Hình 3.1 Kết phát triển biến dạng bốn cảm biến (CB) cho mẫu bê tơng Ref Hình 3.2 Vết nứt mẫu bê tông Ref 14 Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN Chương BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU HIỆN TƯỢNG NỨT CỦA BÊ TÔNG TUỔI SỚM 4.1 Tổng quan giải pháp giảm thiểu tượng nứt bê tông tuổi sớm Xu hướng nay, việc dùng chất phế thải xỉ lò cao (slag), tro bay (fly ash), bột rác thải thủy tính hay pu zơ lan tự nhiên, xem giải pháp sản xuất loại bê tông thân thiện môi trường, giảm giá thành góp phần giảm nứt cho bê tơng sớm tuổi Dựa ý tưởng này, đề tài đề suất dùng tro bay để thay cho phần xi măng với hy vọng mang lại hiêụ tích cực cho việc giảm nứt bê tông tuổi sớm 4.2 Áp dụng thiết bị thí nghiệm chế tạo để kiểm chứng gải pháp đề xuất 4.2.1 Cấp phối thí nghiệm Để nghiên cứu hiệu tro bay nứt co ngót bê tơng, cấp phối thí nghiệm Chương xem cấp phối thí nghiệm đối chứng (Ref) Hai cấp phối sử dụng tro bay để thay 15% 25% xi măng (ký hiệu tương ứng là: FA15 FA25), hai cấp phối FA15 FA25 giữ tỷ lệ N/CKD (chất kết dính ký hiệu: CKD, tổng lượng xi măng tro bay) giống cấp phối Ref dùng phụ gia Lotus-301M để điều chỉnh đạt độ sụt (17 ± 1) cm cấp phối Ref Chi tiết cấp phối thể Bảng 4.1 Bảng 4.1 Các cấp phối bê tơng thí nghiệm có và khơng có tro bay Cấp phối Ref (0 % tro) FA15 (15% tro) FA25 (25% tro) 4.2.2 Xi măng 470 399.5 352.5 Tro bay (FA) 70.5 117.5 Thành phần (kg) Cát Đá Nước 770 1065 162 746 1065 162 730 1065 162 Lotus-301M 5.17 4.70 4.23 N/CKD 0.34 0.34 0.34 Kết bình luận Kết xác định cường độ nén ba cấp phối nghiên cứu (Ref, FA15 FA25) thời điểm ngày, ngày 28 ngày trình bày Hình 4.1 Hình 4.1 Kết phát triển cường độ theo thời gian mẫu đối chứng (Ref) và mẫu chứa tro bay (FA15 FA25) Để phân tích hiệu tro bay đến khả gây nứt bê tơng, kết biến dạng trung bình xác định thí nghiệm ring-test cấp phối Ref, FA15 FA25 biển diễn đồng thời Hình 4.2 15 Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN Hình 4.2 So sánh triển biến dạng mẫu đối chứng (Ref) và mẫu chứa tro bay (FA15 và FA25) Kết Hình 4.2 cho thấy: thay 15% 25% tro bay cho xi măng góp phần kéo dài thời điểm bắt đầu nứt hay cải thiện khả chống nứt bê tông Cụ thể, thời điểm nứt mẫu ghi nhận cấp phối Ref, FA15 FA25 tương ứng 6.98 ngày, 8.19 ngày 8.96 ngày; giá trị biến dạng nén thời điểm nứt cấp phối FA15 Ref gần khơng có khác biệt (chỉ 0.4%), biến dạng nén FA25 giảm 4.1% so với mẫu đối chứng Ref Để giải thích cho kết này, viện dẫn số kết nghiên cứu công bố: theo See cộng yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả nứt bê tông điều kiện kiềm hãm gồm: tốc độ phát triển ứng suất kéo cường độ chịu kéo, khả co ngót mức độ giải phóng ứng suất kéo; cịn theo Altoubat cộng tốc độ giải phóng ứng suất đóng vài trị quan trọng xác định khả gây nứt bê tông Ở thời điểm ngày (gần thời điểm nứt cấp phối nghiên cứu), cường độ nén mẫu FA15 FA25 thấp so với Ref tương ứng 1.7% 2.1%, mức độ kiềm hãm (degree of straint) lớn so với mẫu Ref nên tốc độ phát triển ứng suất kéo vịng bê tơng mẫu FA25 FA15 lớn không đáng kể so với mẫu Ref Trong đó, kết nghiên cứu Altoubat cộng [59] việc thay phần tro bay cho xi măng giảm co ngót tự (unstrained shrinkage) tăng tính đàn hồi (tăng khả giải phóng ứng suất kéo) bê tơng, hiệu ứng tích cực tăng lên thời gian dưỡng ẩm cho mẫu kéo dài Điều cải thiện khả chống nứt hay trì hỗn thời điểm nứt cho bê tông FA15 FA25 so với Ref 16 Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận: Mục tiêu nghiên cứu đề tài phát triển thí nghiệm xác định khả gây nứt cấp phối bê tông sớm tuổi giải pháp giảm nhẹ khả bị nứt cử bê tông Từ kết đạt được, nhóm tác giả rút kết luận sau: - Đã phát triển thiết bị ring-test xác định khả thời điểm gây nứt sớm tuổi bê tông phù hợp với Tiêu chuẩn ASTM C1581 Độ xác phận thiết ring-test phát triển tuân thủ theo yêu cầu Tiêu chuẩn ASTM C1581 nên kết thí nghiệm thiết bị chấp nhện được; - Sự thay phần xi măng tro bay ảnh hưởng đến phát triển cường độ bê tông, đặc biệt tỷ lệ thay lớn làm chậm phát triển cường độ giai đoạn đầu Do vậy, việc dùng phụ gia siêu hóa dẻo, giảm nước bậc cao gốc polymer hệ (Lotus-301M loại phụ gia khác tương đương) xem giải pháp để phát triển cường độ sớm bê tơng Ngồi ra, hiệu giảm nước bậc cao loại phụ gia góp phần giảm co ngót khơ, góp phần giảm khả gây nứt bê tông; - Thay phần xi măng tro bay (với cấp phối bê tơng nghiên cứu) góp phần cải thiện khả chống nứt cho bê tông, cụ thể kéo dài thời điểm nứt bê tông 17.3% 28.4% tương ứng 15% 25% xi măng tro bay 5.2 Kiến nghị: Nhóm tác giả đề xuất số kiến nghị sau: - Mặc dù độ xác phận thiết ring-test phát triển tuân thủ theo yêu cầu Tiêu chuẩn ASTM C1581, nhiên để có sở kết luận thiết bị phát triển đề tài hồn tồn xác theo Tiêu chuẩn ASTM C1581 cần phải thực thí nghiệm đối chứng thiết bị kiểm định ASTM C1581; - Kết nghiên cứu phù hợp áp dụng cho cấu kiện bê tơng có mức độ kiềm hãm tương đương (mức độ kiềm hãm 70% ÷ 80%), trường hợp cấu kiện bê tơng có mức độ kiềm hãm thấp nên thí nghiệm thiết bị ring-test phù hợp với tiêu chuẩn AASHTO PP34 - Cần tiếp tục thí nghiệm thêm tỷ lệ thay xi măng tro bay khác (ví dụ: 5%, 10%, 20%, lớn 25%) để có kết luận xác hiệu tro bay đến khả nứt sớm tuổi bê tông 17 ... tượng nứt bê tông tuổi sớm Đề tài NCKH&CN cấp ĐHĐN Chương TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG NỨT CỦA BÊ TƠNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tượng nứt bê tông tuổi sớm Hiện tượng nứt bê tông. .. Phát triển thiết bị thí nghiệm xác định thời điểm gây nứt ứng suất gây nứt bê tông độ tuổi sớm; - Áp dụng thiết bị thí nghiệm để đo thay đổi thể tích chất kết dính bê tơng độ tuổi sớm; - Biện... 13 2.5Qui trình thí nghiệm 13 Chương ÁP DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG GÂY NỨT VÀ THỜI ĐIỂM NỨT CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM 14 3.1Vật liệu thí nghiệm