Thiết kế và chế tạo thử nghiệm bê tông b15 sử dụng sợi gia cường polypropylene

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN & CÔNG TRÌNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM BÊ TÔNG B15 SỬ DỤNG SỢI GIA CƯỜNG POLYPROPYLENE NGÀNH: KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG MÃ NGÀNH: 105 Giáo viên hướng dẫn : TS Đặng Văn Thanh Sinh viên thực : Đỗ Ngọc Phú Mã số sinh viên : 1351050157 Lớp : 58B-KTCTXD Khóa học : 2013 - 2018 Hà Nội – 2017 LỜI CẢM ƠN Thực khóa luận tốt nghiệp nội dung cần thiết sinh viên Đó khoảng thời gian sinh viên tiếp cận với thực tế, nhằm củng cố vận dụng kiến thức học nhà trường vào thực tế Để hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp phấn đấu nỗ lực thân, em nhận giúp đỡ tận tình tập thể cá nhân trường Nhân dịp này, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu, trường Đại học Lâm nghiệp thầy cô giáo Bộ môn khoa Cơ Điện & Cơng Trình, người dạy dỗ, truyền đạt kiến thức cho em năm tháng học tập trường Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn: TS Đặng Văn Thanh, ThS Hoàng Gia Dương, ThS Nguyễn Văn Quân giảng viên trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, người trực tiếp tận tình hướng em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế chế tạo thử nghiệm bê tông B15 sử dụng sợi gia cường polypropylene” Do thời gian làm khóa luận tốt nghiệp có hạn, kiến thức kinh nghiệm thân hạn chế khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý thầy giáo tất bạn sinh viên để khoá luận hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2017 Sinh viên Đỗ Ngọc Phú MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG SỢI GIA CƯỜNG 1.1 Cấu tạo đặc tính bê tông 1.2 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng bê tông sợi gia cường 1.3 Vấn đề tồn định hướng nghiên cứu Chương XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU 2.1 Xi măng 2.2 Cốt liệu lớn 2.3 Cốt liệu nhỏ 11 2.4 Nước nhào trộn 13 2.5 Sợi polypropylene 14 2.6 Tổng hợp số tiêu kỹ thuật bê tông B15 16 2.7 Kết luận chương 16 Chương THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CƠ BẢN 17 3.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo 17 3.1.1 Xác định số liệu ban đầu 17 3.1.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế 18 3.2 Xác định lượng nước nhào trộn 18 3.3 Xác định tỉ lệ xi măng – nước 20 3.4 Xác định lượng xi măng 21 3.5 Xác định lượng cốt liệu lớn cốt liệu nhỏ 22 3.6 Xác định hàm lượng Sợi polypropylene 23 3.7 Tổng hợp kết tính toán lý thuyết 23 3.8 Kiểm tra thực nghiệm hiệu chỉnh 24 3.9 Kiểm tra cường độ chịu kéo bê tông sử dụng sợi 28 3.10 Kết luận chương 31 Chương KIỂM TRA MỘT SỐ TÍNH NĂNG VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SỢI HỢP LÝ 32 4.1 Kiểm tra, khảo sát hàm lượng sợi theo tính cơng tác 32 4.1.1 Phương án thí nghiệm 32 4.1.2 Kết phân tích kết thí nghiệm độ sụt 32 4.2 Kiểm tra, khảo sát hàm lượng sợi theo cường độ chịu nén 35 4.2.1 Phương án thí nghiệm 35 4.2.2 Kết phân tích kết thí nghiệm cường độ chịu nén 35 4.3 Kiểm tra, khảo sát hàm lượng sợi theo cường độ chịu uốn 39 4.4 Kết luận 41 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 441 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Lựa chọn mác xi măng theo cấp bê tông Bảng 2-2 Một số tiêu kỹ thuật xi măng PCB-40 Bảng 2-3 Thành phần hạt cốt liệu lớn 10 Bảng 2-4 Hàm lượng bùn, bụi, sét cốt liệu lớn 10 Bảng 2-5 Mác đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập 11 Bảng 2-6 Thành phần hạt cát 12 Bảng 2-7 hàm lượng tạp chất 12 Bảng 2-8 Quy định với nước trộn hỗn hợp bê tông 13 Bảng 2-9 Đặc tính kỹ thuật sợi Polypropylene 14 Bảng 3-1 Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho dạng kết cấu 19 Bảng 3-2 Lượng nước dùng trộn bê tông, kg/m3 20 Bảng 3-2 Hệ số chất lượng vật liệu 21 Bảng 3-3 Lượng xi măng tối thiểu theo TCVN 21 Bảng 3-4 Hệ số dư vữa bê tông 22 Bảng 3-5 Kết tính tốn lý thuyết thành phần vật liệu 23 Bảng 3-6 Kết kiểm tra độ sụt lần trộn thứ 25 Bảng 3-7 Kết hiệu chỉnh thành phần vật liệu theo độ sụt 25 Bảng 3-8 Kết kiểm tra độ sụt đạt yêu cầu,cm 25 Bảng 3-9 Kết kiểm tra cường độ mẫu bê tông 28 Bảng 4-1 Thành phần vật liệu chế tạo nhóm mẫu 32 Bảng 4-2 Kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng sợi đến độ sụt 33 Bảng 4-3 Kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu nén mẫu 36 Bảng 4-4 Kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu kéo mẫu 39 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 3-1 Sợi gia cường Polypropylene 15 Hình 3.2 Hình ảnh làm thí nghiệm đo độ sụt 24 Hình 3-3 Hình ảnh làm thí nghiệm xác định cường độ chịu nén 26 Hình 3-4 Sơ đồ thí nghiệm ép chẻ 28 Hình 3-5 Sơ đồ thí nghiệm kéo trực tiếp 29 Hình 3-6 Sơ đồ thí nghiệm kéo uốn 29 Hình 3-7 Máy gá uốn mẫu lắp máy nén thủy lực 30 Hình 4-1 Quan hệ hàm lượng sợi độ sụt 33 Hình 4-2 Quan hệ hàm lượng sợi cường độ chịu nén 36 Hình 4-3 Quan hệ hàm lượng sợi cường độ chịu kéo 39 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU – VIẾT TẮT Tên đầy đủ Chữ viết tắt BTCS Bê tông cốt sợi BTCT Bê tông cốt thép BTCLSC C Bê tông chất lượng siêu cao Cát CLL Cốt liệu lớn CLN Cốt liệu nhỏ Đ Đá M Mẫu khơng có sợi Ms Mẫu có sợi N Nước P, PP Sợi Poly-Propylene Rbt Cường độ chịu kéo bê tông Rb Cường độ chịu nén bê tông Rfbt Cường độ chịu kéo bê tông sợi Rfb Cường độ chịu nén bê tông sợi S TCVN X Độ sụt Tiêu chuẩn Việt Nam Xi Măng ĐẶT VẤN ĐỀ Bê tông biết đến rộng rãi loại nguyên vật liệu xây dựng linh hoạt tốn kém, nhiên có mặt hạn chế Bê tơng có khả chịu nén tốt, khả chịu kéo lại kém, nên nghiên cứu cải thiện khả chịu kéo bê tông vấn đề quan tâm Đặc biệt khe nứt nhỏ khơng thể thấy mắt thường bê tơng có chiều hướng gãy nứt, thường xảy sức căng từ bên làm lún co ngót sau 24 Cịn nứt sau thời gian sử dụng bắt nguồn từ co ngót thoát nước qua thời gian dài dẫn đến khơ gãy Trong hai trường hợp vết nứt ảnh hưởng xấu đến tổng thể nguyên vẹn bê tông không cho phép trì trạng thái ban đầu không đạt hiệu cao Để khắc phục nhược điểm bê tơng việc sử dụng bê tông sợi gia cường giải pháp hữu hiệu lựa chọn Nó giúp cho bê tơng giảm rị rỉ, co ngót giảm lún sụt chống rạn nứt, rút ngắn chu trình sửa chữa, tạo độ bền lớn hoàn thành, nâng cao khả chống chịu, chống nứt gãy co ngót độ ẩm nhiết độ, sức chịu mỏi tốt, chống chịu tốt sau có vết nứt đầu tiên,… Các cơng trình nghiên cứu chủ đề phổ biến, nhiên nhằm đưa kết xác, khách quan cần phải tiến hành thí nghiệm trực tiếp mẫu Với mục đích kiểm chứng thực nghiệm số tính chất bê tông thường bê tông sử dụng sợi gia cường; qua làm rõ, so sánh rút kết luận cho ưu nhược điểm hai loại bê tơng Từ phân tích trên: đề tài “Thiết kế chế tạo thử nghiệm bê tơng B15 sử dụng sợi gia cường polypropylene”có tính cấp thiết thực tiễn cao Chương TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG SỢI GIA CƯỜNG 1.1 Cấu tạo đặc tính bê tông Bê tông xi măng (bê tông) loại vật liệu đá nhân tạo nhận sau làm rắn hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông (bê tông tươi) hỗn hợp bao gồm: cốt liệu, xi măng, nước phụ gia (nếu có) lựa chọn thành phần hợp lý, nhào trộn đồng đều, có tính dẻo, tính dính chưa rắn chắc, chưa có cường độ Bê tơng có cấu trúc phức tạp, tạo thành từ ba thành phần cốt liệu, đá xi măng hệ thống mao quản, lỗ rỗng Cốt liệu hạt cát, đá, có hình dáng, kích thước, đặc trưng bề mặt, cường độ khác Đá xi măng tạo thành từ xi măng tương tác với nước để thời gian cho rắn lại Hệ thống mao quản, lỗ rỗng chứa nước, khơng khí nước Cốt liệu thành phần chính, tạo nên khung chịu lực bê tơng Nó vật liệu hạt rời, có nguồn gốc tự nhiên nhân tạo, có thành phần hạt xác định, nhào trộn với xi măng nước đông cứng, rắn đá Theo kích thước hạt, cốt liệu dùng chế tạo bê tông phân cốt liệu nhỏ cốt liệu lớn Cốt liệu nhỏ (fine aggregate) hỗn hợp hạt cốt liệu có kích thước chủ yếu từ 0,14 mm đến mm Cốt liệu nhỏ cát tự nhiên, cát nghiền hỗn hợp từ cát tự nhiên cát nghiền Cốt liệu lớn (coarse aggregate) hỗn hợp hạt cốt liệu có kích thước từ mm đến 70 mm Cốt liệu lớn đá dăm, sỏi, sỏi dăm hỗn hợp loại Đá dăm (crushed rock) loại cốt liệu lớn sản xuất cách đập, nghiền đá tự nhiên Sỏi (gravel) loại cốt liệu lớn hình thành q trình phong hố đá tự nhiên Sỏi dăm (crushed gravel) loại cốt liệu lớn sản xuất cách đập, nghiền cuội, sỏi có kích thước lớn Cốt liệu lớn cung cấp dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt cỡ hạt riêng biệt Thành phần hạt cốt liệu lớn, biểu thị lượng sót tích luỹ mặt sàng tiêu chuẩn, quy định theo tiêu chuẩn (tiêu chuẩn hành Việt Nam là: TCVN 7570 – 2006) Trong bê tông, cốt liệu lớn sau hồ xi măng gắn kết lại đóng vai trị khung chịu lực; cốt liệu nhỏ lấp lỗ rống cốt liệu lớn để lại, làm tăng độ đặc, đồng thời đảm bảo khả chống co ngót cho bê tơng; chất kết dính nước thành phần hoạt tính bê tơng, lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu, đồng thời đóng vai trị chất bơi trơn tạo độ dẻo cho hỗn hợp bê tơng; q trình ngưng kết rắn chắc, hồ chất kết dính làm nhiệm vụ liên kết hạt cốt liệu lại với tạo thành khối; cần cải thiện số tính chất hỗn hợp bê tông bê tông, đáp ứng u cầu thi cơng sử dụng sử dụng thêm phụ gia Khi nghiên cứu sử dụng loại bê tông, ta thường đặc biệt quan tâm đến tính cơng tác (độ sụt) hỗn hợp cường độ bê tông Độ sụt tiêu quan trọng để đánh giá tính cơng tác; tính chất đảm bảo tính dễ tạo hình, dễ thi cơng cho hỗn hợp bê tơng, biểu thị khả lấp đầy khuôn đảm bảo độ đồng điều kiện đầm nén định Hỗn hợp có độ sụt lớn, việc thi cơng có phần dễ dàng nhanh hơn, độ đồng thành phần chất lượng bê tơng khó đảm bảo Việc lựa chọn độ sụt cho hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu yêu cầu, điều kiện thi công Cường độ đặc trưng bản, phản ánh khả bê tông chống lại phá hoại gây tác dụng tải trọng Khi đơng cứng, bê tơng có khả chịu nén chịu kéo, cường độ chịu kéo nhỏ (trị số ÷ 10% cường độ chịu nén), cường độ chịu nén tiêu quan Chương KIỂM TRA MỘT SỐ TÍNH NĂNG VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SỢI HỢP LÝ 4.1 Kiểm tra, khảo sát hàm lượng sợi theo tính cơng tác 4.1.1 Phương án thí nghiệm Để nghiên cứu mức độ ảnh hưởng hàm lượng sợi gia cường đến tính cơng tác hỗn hợp bê tơng, đề tài sử dụng mẫu hỗn hợp bê tơng có tỉ lệ thành phần vật liệu (đá, cát, xi măng nước) với hàm lượng sợi khác nhau; phương pháp thí nghiệm phịng, xác định độ sụt phân tích đánh giá ảnh hưởng hàm lượng sợi đến tính cơng tác hỗn hợp bê tơng Đề tài chế tạo 05 nhóm mẫu hỗn hợp bê tông sử dụng hàm lượng sợi Polypropylene (ký kiệu P) là: 0kg/m3; 0,8kg/m3; 1,6kg/m3; 2,4kg/m3 3,2kg/m3; tỉ lệ thành phần vật liệu khác (Đá dăm - Đ, Cát - C, Xi măng – X Nước - N) theo thiết kế chương (Bảng 2.21) Cụ thể hàm lượng thành vật liệu chế tạo nhóm mẫu thể Bảng 3.1 Bảng 4.1 Thành phần vật liệu chế tạo nhóm mẫu Nhóm P Đ C X N mẫu (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (l/m3) Ms0 1197 747 300 210 Ms0.8 0,8 1197 747 300 210 Ms1.6 1,6 1197 747 300 210 Ms2.4 2,4 1197 747 300 210 Ms3.2 3,2 1197 747 300 210 4.1.2 Kết phân tích kết thí nghiệm độ sụt Kết độ sụt mẫu hỗn hợp không sử dụng sợi gia cường sử dụng sợi gia cường với hàm lượng sợi khác xác định sau 32 nhào trộn lần đầu (độ sụt ban đầu - S1) sau 30 phút (độ sụt sau 30 phútS30) thể Bảng 4.2 Bảng 4.2 Kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng sợi đến độ sụt Nhóm P mẫu (kg/m3) Độ sụt sau ban đầu sau 30 phút (cm) Độ sụt ban đầu - S1 Lần Lần Lần Độ sụt sau 30 phút – S30 TB Lần Lần Lần TB Ms0 9.5 9.2 7.8 7.5 7.8 Ms0.8 0,8 8.5 8.7 8.5 6.5 6.8 Ms1.6 1,6 6.3 7.5 7.2 6 5.5 5.9 Ms2.4 2,4 5.5 6.5 6.7 5.5 6.5 4.5 5.2 Ms3.2 3,2 4.5 5.5 5.5 4.4 4.2 Từ kết thí nghiệm, xây dựng quan hệ hàm lượng sợi gia cường độ sụt hỗn hợp, thể qua đồ thị Hình 4.1 Hình 4.1 Quan hệ hàm lượng sợi độ sụt Từ kết thí nghiệm cho thấy, độ sụt mẫu bê tông sử dụng sợi gia cường nhỏ độ sụt bê tơng khơng sử dụng sợi; nhóm mẫu có hàm lượng sợi lớn độ sụt nhỏ Qua khẳng định, có 33 mặt sợi gia cường làm giảm đáng kể độ sụt hỗn hợp bê tơng Phân tích chi tiết hơn, từ kết thí nghiệm độ sụt Bảng 3.2 đồ thị quan hệ Hình 3.1 cho thấy, độ sụt hỗn hợp bê tông giảm dần hàm lượng sợi gia cường tăng: hàm lượng sợi gia cường 0kg/m3, độ sụt ban đầu (S1) 9,2 cm độ sụt sau 30 phút (S30) 7,8 cm; hàm lượng sợi gia cường 3,2 kg/m3, độ sụt ban đầu 5,5 cm độ sụt sau 30 phút 4,2 cm; giảm khoảng 40,0% 46,35% Điều cho thấy ảnh hưởng hàm lượng sợi đến độ sụt hỗn hợp bê tông rõ rệt Trong hỗn hợp bê tơng sợi có khả phân bố rải khắp vị trí với phương chiều khác nhau, tạo nên mạng lưới không gian kết nối giữ chặt hạt cốt liệu; đồng thời, sợi có khả chịu bơi trơn giữ hồ xi măng (xi măng nước) bề mặt tạo nên dính kết sợi thành phần khác; từ tạo lực dính bám liên kết lớn nội hỗn hợp, làm cho tính linh động hạt cốt liệu giảm, độ sụt hỗn hợp bê tông giảm Nếu so sánh độ sụt ban đầu độ sụt sau nửa ta thấy, sau thời gian 30 phút độ sụt hỗn hợp giảm đáng kể: hàm lượng sợi gia cường kg/m3, độ sụt ban đầu 9,2 cm sau 30 phút 7,8 cm (giảm 15.3%); hàm lượng sợi gia cường 3,2 kg/m3, độ sụt ban đầu 5,5 cm sau 30 phút 4,2 cm (giảm 24,2%) Điều cho thấy, hàm lượng sợi gia cường tăng thời gian giữ độ sụt hỗn hợp giảm Có thể giải thích nguyên nhân do, sợi gia cường loại chất xúc tác đẩy nhanh thêm q trình đóng rắn hỗn hợp Sự phân bố đồng tới vị trí theo phương khác sợi hỗn hợp làm cho hồ xi măng phân bố với bề dày mỏng hơn, tốc độ khơ cứng, kết tinh để hình thành cường độ nhanh Vì theo thời gian, hỗn hợp bê tơng có hàm lượng sợi lớn độ linh động (độ sụt) hỗn hợp giảm mạnh Từ đặc điểm này, thi công bê tông sử dụng sợi gia cường, để đảm bảo độ sụt chất lượng bê 34 tông, thành phần bê tông cần sử dụng thêm phụ gia tăng dẻo, đồng thời ý đẩy nhanh q trình thi cơng, đảm bảo tiến độ thi công Trong khoảng phạm vi nghiên cứu, quan hệ hàm lượng sợi gia cường độ sụt hỗn hợp bê tơng dùng phương trình (3-1) (3-2) để đánh giá: S1 = -0.037 P2 - 1.047P + 9.252 (3-1) S30 = -1.108P + 7.746 (3-2) Trong đó: S1 – độ sụt ban đầu hỗn hợp bê tông, mm; S30 – độ sụt sau 30 phút hỗn hợp bê tông, mm; P – hàm lượng sợi gia cường, kg/m3 4.2 Kiểm tra, khảo sát hàm lượng sợi theo cường độ chịu nén 4.2.1 Phương án thí nghiệm Để đánh nghiên cứu mức độ ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu nén bê tơng, đề tài chế tạo 05 nhóm mẫu bê tông sử dụng hàm lượng sợi Polypropylene (ký kiệu P) là: kg/m3; 0,8 kg/m3; 1,6 kg/m3; 2,4 kg/m3 3,2 kg/m3; tỉ lệ thành phần vật liệu khác (Đá dăm - Đ, Cát - C, Xi măng – X Nước - N) theo thiết kế chương (Bảng 2.21) Cụ thể hàm lượng thành vật liệu chế tạo nhóm mẫu thể Bảng 3.1 4.2.2 Kết phân tích kết thí nghiệm cường độ chịu nén Kết cường độ chịu nén nhóm mẫu bê tông không sử dụng sợi gia cường sử dụng sợi gia cường với hàm lượng sợi khác bảo dưỡng ngày tuổi (R7) 28 ngày tuổi (R28) thể bảng 4.3 35 Bảng 4.3 Kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu nén mẫu Từ kết thí nghiệm, xây dựng quan hệ hàm lượng sợi gia cường cường độ chịu nén bê tông, thể qua đồ thị Hình 4.2 Hình 4.2 Quan hệ hàm lượng sợi cường độ chịu nén Từ kết thí nghiệm cho thấy, cường độ mẫu bê tông sử dụng hàm lượng sợi gia cường khác có trị số khác lớn cường độ bê tơng khơng sử dụng sợi Qua khẳng định, có mặt sợi gia cường làm đến cường độ bê tông 36 Đi sâu phân tích, từ kết thí nghiệm cường độ chịn nén Bảng 3.3 Hình 3.2 cho thấy: Cường độ chịu nén bê tơng có biến đổi hàm lượng sợi gia cường thay đổi, nhiên lượng tăng giảm không lớn; Khi hàm lượng sợi thay đổi từ kg/m3 đến 3,2 kg/m3, cường độ chịu nén mẫu bê tông mẫu bê tơng tuổi 28 ngày có xu hướng tăng dần, sau lại giảm dần: giá trị thấp 21,0 MPa hàm lượng sợi gia cường kg/m3, giá trị cao 23,0 MPa hàm lượng sợi gia cường là1,6 kg/m3; hàm lượng sợi vượt 1,6 kg/m3, cường độ chịu nén mẫu bê tơng có xu hướng giảm; nhiên, hàm lượng sợi gia cường 3,2kg/m3 với cường độ chịu nén 28 ngày lớn cường độ yêu cầu tương đương với bê tông không sử dụng sợi gia cường Từ thấy rằng, ảnh hưởng hàm lượng sợi gia cường đến cường độ chịu nén không lớn (biến động không 15%); việc tăng hay giảm hàm lượng sợi phạm vi định không làm thay đổi nhiều đến cường độ chịu nén bê tông Khi hàm lượng sợi thay đổi từ kg/m3 đến 1,6 kg/m3, cường độ chịu nén mẫu bê tông tuổi 28 ngày có xu hướng tăng dần; giải thích ảnh hưởng nhỏ hàm lượng sợi đến cường độ bê tông do: hỗn hợp bê tơng, sợi có khả phân bố rải khắp vị trí với phương chiều khác nhau, tạo nên mạng lưới không gian kết nối giữ chặt hạt cốt liệu; đồng thời, sợi có khả chịu bôi trơn giữ hồ xi măng (xi măng nước) bề mặt tạo nên dính kết sợi thành phần khác; từ tạo lực dính bám liên kết nội hỗn hợp lớn hơn, góp phần làm tăng cường độ chịu lực bê tông Khi hàm lượng sợi gia cường nằm khoảng 1,6 ÷ 3,2 kg/m3 cường độ chịu nén bê tơng có xu hướng giảm; điều giải thích ba ngun nhân chính: Thứ nhất, lượng sợi gia cường hỗn hợp nhiều tất yếu cần nhiều lượng hồ xi măng để bôi trơn phủ bề mặt sợi, lượng hồ xi măng chế tạo mẫu thí nghiệm cố định, nên đến mức độ định hỗn hợp thiếu hồ xi măng, lớp hồ xi măng phủ bề mặt bôi trơn 37 cốt liệu số vị trí mỏng thiếu, làm giảm liên kết thành phần bê tơng, từ làm giảm cường độ bê tơng Thứ hai, đặc điểm cấu tạo tính học sợi: cường độ chịu nén sợi nhỏ cốt liệu, nên hàm lượng sợi hỗn hợp đáng kể (vượt giới hạn định), tổng thể tích sợi chiếm chỗ đáng kể, dẫn đến tạo “khoảng yếu” xen lẫn phân bố rộng khắp nội bê tơng; mức độ đó, khoảng yếu làm giảm cường độ chịu nén tổng thể mẫu bê tông Thứ ba, lượng sợi hỗn hợp nhiều, dẫn đến tượng phân bố khơng đồng đều, sợi quện thành bó, gây yếu cục bộ; điều không ảnh hưởng xấu đến chất lượng bê tơng, mà cịn gây lãng phí sợi Từ kết thí nghiệm, khía cạnh khác thấy: ngày đầu thời gian bảo dưỡng, phát triển cường độ bê tông sử dụng sợi gia cường nhanh bê tông thường; cường độ mẫu bê tông tăng nhanh hàm lượng sợi gia cường tăng; lấy cường độ 28 ngày làm chuẩn, hàm lượng sợi gia cường tăng cường độ ngày đạt gần với cường độ chuẩn yêu cầu: hàm lượng sợi thay đổi từ kg/m3 đến 3,2 kg/m3, cường độ chịu nén ngày tuổi mẫu bê tông đạt mức là: 77,46%; 9,52%; 81,42%; 83,31% 85,56% (so với cường độ 28 ngày tương ứng) Điều cho thấy ảnh hưởng hàm lượng sợi đến tốc độ phát triển cường độ bê tông tương đối rõ nét Trong hỗn hợp bê tông sợi có khả phân bố rải khắp vị trí với phương chiều khác nhau; sợi gia cường có kích thước nhỏ dẫn đến tổng diện tích bề mặt vật liệu thành phần đơn vị thể tích bê tơng lớn bê tơng thường, làm cho hồ xi măng (xi măng nước) rải với bề dày mỏng hơn; từ tạo điều kiện cho q trình thủy hóa xi măng diễn nhanh hơn, làm trình cứng hóa hình thành cường độ tăng nhanh Trong khoảng phạm vi nghiên cứu, quan hệ hàm lượng sợi cường độ chịu nén loại bê tơng nghiên cứu ứng dụng phần mềm Excel dùng phương trình (3-3) (3-4) để đánh giá: 38 R7 = - 0.412P2 + 2.058P + 16.31 (3-3) R28 = - 0.528P2 + 1.932P + 21.05 (3-4) Trong đó: R7 – cường độ chịu nén bê tông sợi PP tuổi ngày, MPa; R28 – cường độ chịu nén bê tông sợi PP tuổi 28 ngày, MPa; P – hàm lượng sợi gia cường, kg/m3 4.3 Kiểm tra, khảo sát hàm lượng sợi theo cường độ chịu uốn Kết cường độ chịu kéo nhóm mẫu bê tơng khơng sử dụng sợi gia cường sử dụng sợi gia cường với hàm lượng sợi khác bảo dưỡng 28 ngày tuổi (R28) thể Bảng 3.4 Bảng 4.4 Kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu kéo mẫu (MPa) Nhóm mẫu P (kg/m3) Mẫu Mẫu Mẫu Trung bình Ms0 1,61 1,82 1,66 1,70 Ms0,8 0,8 2,62 3,11 2,55 2,76 Ms1,6 1,6 3,35 3,38 3,02 3,25 Ms2,4 2,4 3,62 3,35 3,48 3,48 Ms3,2 3,2 4,00 3,86 3,51 3,79 Từ kết thí nghiệm, xây dựng quan hệ hàm lượng sợi gia cường cường độ chịu kéo bê tông, thể qua đồ thị Hình 4.3 Hình 4.3 Quan hệ hàm lượng sợi cường độ chịu kéo Từ kết thí nghiệm cho thấy, cường độ chịu kéo mẫu bê tông sử dụng hàm lượng sợi gia cường khác có trị số khác lớn 39 cường độ bê tông không sử dụng sợi Qua khẳng định, có mặt sợi gia cường làm đến cường độ chịu kéo bê tông Khi hàm lượng sợi thay đổi từ kg/m3 đến 3,2 kg/m3, cường độ chịu kéo mẫu bê tông mẫu bê tông tuổi 28 ngày có xu hướng tăng dần: cường độ chịu kéo thấp 1,7 MPa ứng với hàm lượng sợi gia cường kg/m3 (bê tông thường), cường độ chịu kéo cao 3,79 Mpa ứng với hàm lượng sợi gia cường 3,2 kg/m3 Sự ảnh hưởng đáng kể hàm lượng sợi đến cường độ chịu kéo giải thích: thân sợi polypropylene có cường độ chịu kéo tốt (không nhỏ 460MPa); hỗn hợp bê tơng, sợi có khả phân bố rải khắp vị trí với phương chiều khác nhau, tạo nên mạng lưới không gian kết nối hạt cốt xi măng nước; đồng thời, sợi có khả chịu bơi trơn giữ hồ xi măng (xi măng nước) bề mặt tạo nên dính kết sợi thành phần khác; từ tạo lực dính bám liên kết nội hỗn hợp tốt hơn; mạng lưới đa chiều sợi, góp phần lớn làm tăng cường độ chịu lực, bật cường độ chịu kéo bê tông, Từ đồ thị bảng kết thí nghiệm thấy rõ: hàm lượng sợi thay đổi từ kg/m3 đến 1,6 kg/m3, cường độ chịu kéo mẫu bê tơng tuổi 28 ngày có xu hướng tăng nhanh hơn, sau tiếp tục tăng với tốc độ tăng chậm hơn; điều giải thích: Sự ảnh hưởng tích cực hàm lượng sợi gia cường đến giới hạn định Khi hàm lượng sợi gia cường chưa lớn, hỗn hợp sợi dễ ràng phân bố đồng qua q trình nhào trộn; xảy tượng quện bó sợi cục bộ, từ phát huy tối đa tác dụng sợi; 54 nên hàm lượng sợi tăng cường độ chịu kéo bê tơng tăng theo gần quy luận tuyến tính, Khi hàm lượng sợi gia cường nhiều đến giới hạn định, cường độ chịu kéo bê tơng có tăng chậm; điều giải thích hai nguyên nhân chính: 40 Thứ nhất, lượng sợi gia cường hỗn hợp nhiều tất yếu cần nhiều lượng hồ xi măng để bôi trơn phủ bề mặt sợi, lượng hồ xi măng chế tạo mẫu thí nghiệm cố định, nên đến mức độ định hỗn hợp thiếu hồ xi măng, lớp hồ xi măng phủ bề mặt bôi trơn cốt liệu số vị trí mỏng thiếu, làm giảm hiệu liên kết thành phần bê tông, từ làm giảm hiệu tăng cường độ chịu kéo bê tông Thứ hai, lượng sợi hỗn hợp nhiều, dẫn đến tượng phân bố khơng đồng đều, sợi quện thành bó; dẫn đến hồ xi măng khơng tiếp xúc hồn tồn với sợi, làm giảm hiệu dùng sợi, gây lãng phí; đồng thời ảnh hưởng xấu đến tính khác chất lượng bê tơng nói chung Trong khoảng phạm vi nghiên cứu, quan hệ hàm lượng sợi cường độ chịu kéo loại bê tông nghiên cứu ứng dụng phần mềm Excel dùng phương trình (3-5) để đánh giá: R = - 0,192P2 + 1,336P + 1,638 (3-5) Trong đó: R– cường độ chịu kéo bê tông sợi PP tuổi 28 ngày, MPa; P – hàm lượng sợi gia cường, kg/m3 4.4 Kết luận Cường độ chịu kéo mẫu bê tông sử dụng hàm lượng sợi gia cường khác có trị số khác lớn cường độ bê tơng khơng sử dụng sợi Qua khẳng định, có mặt sợi gia cường làm đến cường độ chịu kéo bê tông Khi hàm lượng sợi thay đổi từ kg/m3 đến 3,2 kg/m3, cường độ chịu kéo mẫu bê tông mẫu bê tơng tuổi 28 ngày có xu hướng tăng dần: cường độ chịu kéo thấp 1,7 MPa ứng với hàm lượng sợi gia cường kg/m3 (bê tông thường), cường độ chịu kéo cao 3,79 Mpa ứng với hàm lượng sợi gia cường 3,2 kg/m3 Khi hàm lượng sợi thay đổi từ kg/m3 đến 1,6 kg/m3, cường độ chịu kéo mẫu bê tơng tuổi 28 ngày có xu hướng tăng nhanh hơn, sau tiếp tục tăng với tốc độ tăng chậm 41 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ Kết luận Dựa kết thí nghiệm tổng hợp phân tích, kết hợp tham khảo tài liệu chun mơn có liên quan, đề tài rút số kết luận: Bê tông sử dụng sợi gia cường xu hướng tiên tiến, sử dụng vật liệu có chất lượng cao xây dựng cơng trình, Hiện giới nghiên cứu sử dụng loại sợi PP bê tông chưa nhiều, đặc biệt điều kiện Việt Nam lại hạn chế Chính việc nghiên cứu để đưa số kết luận đề xuất ban đầu chế tạo loại bê tông sử dụng loại sợi PP mang ý nghĩa khoa học thực tiễn cao, đặc biệt với điều kiện Việt Nam, Sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm để thiết kế thành phần bê tông sử dụng sợi PP với cường độ yêu cầu 20MPa; qua kết tính tốn lý thuyết kết hợp với kiểm tra tiêu độ sụt hỗn hợp cường độ chịu nén mẫu bê tông, đề tài xác định thành phần vật liệu để chế tạo 1m3 bê tông sử dụng sợi PP; đồng thời bước cụ thể thực việc thiết kế thành phần loại bê tông Hàm lượng sợi gia cường có ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ chịu kéo: giới hạn định hàm lượng sợi nhỏ, cường độ chịu kéo tăng nhanh gần theo quy luật tuyến tính bậc với hàm lượng sợi; hàm lượng sợi gia cường vượt khoảng 1,6 kg/m3 cường độ chịu kéo lại có xu hướng tăng chậm dần Mối quan hệ hàm lượng sợi cường độ chịu kéo bê tông sở cho việc đề xuất trị số hàm lượng sợi PP tối ưu sử dụng thiết kết thi công loại bê tông Tồn Do điều kiện thí nghiệm, hạn chế thời gian kinh phí, Đề tài khóa luận nghiên cứu với loại bê tông sử dụng loại sợi gia cường Polypropylene, cường độ chịu nén yêu cầu 20MPa (tương đương bê tông B15), dùng cốt liệu lớn đá dăm cốt liệu nhỏ cát vàng, xi măng PCB-40 không sử dụng phụ gia; số lượng mẫu thí nghiệm cịn hạn chế 42 Kiến nghị Từ kết nghiên cứu tồn tại, đề tài kiến nghị: Để thiết kế thành phần bê tông sử dụng sợi gia cường sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm với bước cụ thể trình bày báo cáo; Khi thiết kế thành phần bê tông dùng sợi gia cường Polypropylene với cường độ yêu cầu khoảng 20MPa, nên sử dụng hàm lượng sợi nằm khoảng 1,5 ÷ 2,0 kg/m3; Tiếp tục nghiên cứu với loại bê tông cấp cao với nhiểu tiêu tính chất để đưa kết luận đề xuất xác tồn diện thiết kế, thi cơng sử dụng có hiệu bê tơng sử dụng sợi gia cường, đáp ứng nhu cầu ngày cao xây dựng đại 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mahendra Prasad, Chandak Rajeev and Grover Rakesh, ‘A Comparative Study of Polypropylene Fibre Reinforced Silica Fume Concrete with Plain Cement Concrete’, International Journal of Engineering esearch and Science & Technology, Vol2 , No 4, Nov, 2013, pp 127- 136 [2] Dr,T,Ch,Madhavi, L,Swamy Raju, Deepak Mathur-Organized by Department of Civil Engineering, SRM University, Ramapuram Campus, Chennai, INDIAInternational Conference on Advances in Civil Engineering and Chemistry of Innovative Materials (ACECIM’14):114-119, June,2014 [3] Peng Zhang and Qingfu Li (2013) ‘Fracture Properties of Polypropylene Fiber Reinforced Concrete Containing Fly Ash and Silica Fume’, esearch Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 5(2): 665670, 2013 [4] V, Ramadevi, and D,L, Venkatesh Babu, “Flexural behavior of hybrid (steel and polypropylene) fibre einforced concrete beams,” European Journal of Scientific Research, vol, 70 no, 1, pp, 81-87, 2012 [5] Nguyễn Văn Chánh Trần Văn Miền, Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi vật liệu xây dựng địa phương, 75-82 [6] Tăng Văn Lâm, Nghiên cứu chế tạo bê tơng hạt mịn chất lượng cao có sử dụng cốt sợi polypropylen dùng cho kết cấu mặt đường sân bay [7] Lê Trung Thành– Viện KHCN Xây dựng "Bê tông chất lượng cao nghiên cứu phát triển từ giới tới Việt Nam " - Tạp chí Vật liệu xây dựng Bộ xây dựng [8] Đặng Văn Thanh, Cheng Pei Feng, Phân tích vi quan phân bố tác dụng sợi hỗn hợp SMA, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Lâm nghiệp, 2014, 01 [9] Trần Bá Việt, Nguyễn Tiến Bình– Viện KHCN Xây dựng "Vai trò sợi poly-propylene việc làm giảm biến dạng mềm bê tông điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam " [10] Phạm Duy Hữu tác giả, Vật liệu xây dựng 2011, Nhà xuất Giao thông vân tải, Hà Nội, 2011 [11] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118: 1993 - Bê tông nặng – Phương pháp thử - Phương pháp xác định cường độ nén, Hà Nội, 1993 [12] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3119: 1993 - Bê tông nặng – Phương pháp thử - Phương pháp xác định cường độ kéo uốn, Hà Nội, 1993 [13] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3106: 1993 - Hỗn hợp bê tông nặng – Phương pháp thử - Phương pháp xác định độ sụt, Hà Nội, 1993 [14] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6017: 1995 – Xác định thời gian đông kết lượng nước tiêu chuẩn xi măng, Hà Nội, 1995 [15] Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 302: 2004 – Nước trộn bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [16] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570: 2006 – Cốt liệu cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [17] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-2: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt, Hà Nội, 2006 [18] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-4: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 4: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích độ hút nước, Hà Nội, 2006 [19] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-5: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 5: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích độ hút nước đá gốc hạt cốt liệu lớn, Hà Nội, 2006 [20] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-6: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 6: Xác định khối lượng thể tích xốp độ hổng, Hà Nội, 2006 [21] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-8: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 8: Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét cốt liệu hàm lượng sét cục cốt liệu nhỏ, Hà Nội, 2006 [22] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-9: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 9: Xác định tạp chất hữu cơ, Hà Nội, 2006 [23] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-10: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 10: Xác định cường độ hệ số hoá mềm đá gốc, Hà Nội, 2006 [24] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-11: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 11: Xác định độ nén dập hệ số hoá mềm cốt liệu lớn, Hà Nội, 2006 [25] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-12: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 12: Xác định độ hao mòn va đập cốt liệu lớn máy Los Angeles, Hà Nội, 2006 [26] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-13: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 13: Xác định hàm lượng hạt thoi dẹt cốt liệu lớn, Hà Nội, 2006 [27] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682: 2009 – Xi măng Poóc lăng – Yêu cầu kỹ thuật, Hà Nội, 2009 [28] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8826: 2011 – Phụ gia hóa học cho bê tông, Hà Nội, 2011 [29] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 : 2012 - Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế, 2012 [30] Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Kết cấu bê tơng cốt thép - Phần cấu kiện bản, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2012 ... bê tơng Từ phân tích trên: đề tài ? ?Thiết kế chế tạo thử nghiệm bê tơng B15 sử dụng sợi gia cường polypropylene? ??có tính cấp thiết thực tiễn cao Chương TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG SỢI... Để thiết kế thành phần bê tông sử dụng sợi gia cường sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm với bước cụ thể trình bày báo cáo; Khi thiết kế thành phần bê tông dùng sợi gia cường Polypropylene. .. cường độ bê tông sử dụng sợi gia cường nhanh bê tông thường; cường độ mẫu bê tông tăng nhanh hàm lượng sợi gia cường tăng; lấy cường độ 28 ngày làm chuẩn, hàm lượng sợi gia cường tăng cường độ