Thiết kế và thử nghiệm tính năng của bê tông sử dụng sợi gia cường polypropylene có cấp độ bền b15

LỜI CẢM ƠN Thực khóa luận tốt nghiệp khoảng thời gian cần thiết sinh viên Đó khồng thời gian sinh viên tiếp cận với thực tế, nhằm củng cố vận dụng kiến thức đƣợc học nhà trƣờng vào thực tế Để hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp ngồi phấn đấu nỗ lực thân, em nhận đƣợc giúp đỡ tận tình tập thể cá nhân trƣờng Nhân dịp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy, cô giáo giảng viên môn Kỹ thuật cơng trình trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam ngƣời dạy dỗ truyền đạt kiến thức cho em trình học tập trƣờng Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo TS Đặng Văn Thanh ThS Nguyễn Văn Quân – giảng viên trƣờng Đại học Lâm nghiệp Việt Nam tận tình hƣớng dẫn em thƣợc thành cơng khóa ln tốt nghiệp Do thời gian làm khóa luận tốt nghiệp có hạn, kiến thức kinh nghiệm thân cịn hạn chế khơng thể tránh khỏi nhƣỡng sai sót trình thực hiện, em mong nhận đƣợc góp ý thầy giáo tất bạn sinh viên để khóa luận đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày…….tháng…… năm………… Sinh viên Trần Thị Thu Nga i MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Chƣơng 1: TỔNG QUAN, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan bê tông 1.1.1 Một số vấn đề chung bê tông 1.1.2 Tính chất bê tông 1.2 Tổng quan bê tông sợi polypropylen 10 1.2.2 Tổng quan bê tông sợi polypropylen 12 1.3 Xác định nội dung phƣơng án nghiên cứu 15 Chƣơng 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1 Yêu cầu vật liệu chế tạo bê tông 17 2.1.1 Yêu cầu xi măng 17 2.1.2 Yêu cầu cốt liệu nhỏ 18 2.1.3 Yêu cầu cốt liệu lớn 21 2.1.4 Yêu cầu nƣớc 24 2.1.5 Yêu cầu phụ gia 25 2.1.6 Sợi gia cƣờng 26 2.2 Các phƣơng pháp thí nghiệm 28 2.2.2 Thí nghiệm xác định độ sụt hỗn hợp bê tông 37 2.2.3 Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén bê tông 39 2.2.4 Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông 43 Chƣơng 3: TÍNH TỐN LÝ THUYẾT THÀNH PHẦN 47 BÊ TÔNG SỢI POLYPROPYLENE 47 3.1 Các phƣơng pháp thiết kế thành phần bê tông 47 3.2 Xác định phƣơng pháp thiết kế thành phần bê tơng sợi polypropylene 48 3.3 Trình tự kết tính tốn lý thuyết 49 3.3.1 Xác định lƣợng nƣớc nhào trộn 49 3.3.2 Xác định tỉ lệ xi măng/nƣớc 50 3.3.3 Xác định lƣợng xi măng sợi gia cƣờng 51 ii Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH THÀNH PHẦN 55 BÊ TÔNG SỢI POLYPROPYLENE 55 4.1 Tổng hợp kết tính tốn lý thuyết thí nghiệm kiểm tra 55 4.2 Kiểm tra hiệu chỉnh theo độ sụt 55 4.3 Kiểm tra hiệu chỉnh theo cƣờng độ chịu nén 58 4.4 Kiểm tra lựa chọn hàm lƣợng sợi theo cƣờng độ chịu kéo uốn 60 4.4.2 Kết phân tích kết thí nghiệm 61 4.5 Phân tích tổng hợp lựa chọn thành phần hợp lý 63 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ 64 Kết luận 64 Tồn 65 Kiến nghị 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1 Lựa chọn mác xi măng theo cấp bê tông 17 Bảng 2-2 Một số tiêu kỹ thuật xi măng PCB-40 18 Bảng 2-3 Thành phần hạt cát 18 Bảng 2-4 Quy định hàm lƣợng tạp chất cát 19 Bảng 2-5 Hàm lƣợng tạp chất cát 20 Bảng 2-6 Hàm lƣợng ion Cl- cát 20 Bảng 2-7 Thành phần hạt cốt liệu lớn 22 Bảng 2-8 Hàm lƣợng bùn, bụi, sét cốt liệu lớn 22 Bảng 2-9 Mác đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập 23 Bảng 2-10 Quy định với nƣớc trộn hỗn hợp bê tông (mg/l) 24 Bảng 2-11 Đặc tính kỹ thuật sợi Polypropylene 27 Bảng 2-12 Kích thƣớc bên sụt Abrams 38 Bảng 2-13 Hệ số điều chỉnh kích thƣớc mẫu khơng tiêu chuẩn 42 Bảng 2-14 Hệ số tính đổi cƣờng độ kéo uốn 46 Bảng 3-1 Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho dạng kết cấu 49 Bảng 3-2 Lƣợng nƣớc dùng trộn bê tông, kg/m3 50 Bảng 3-3 Hệ số chất lƣợng vật liệu 51 Bảng 3-4 Lƣợng xi măng tối thiểu theo TCVN 52 Bảng 3-5 Hệ số dƣ vữa bê tông 53 Bảng 3-6 Kết tính toán lý thuyết thành phần vật liệu 54 Bảng 4-1 Tổng hợp kết thiết kế thí nghiệm 55 Bảng 4-2 Kết kiểm tra độ sụt lần trộn thứ 57 Bảng 4-3 Kết hiệu chỉnh thành phần vật liệu theo độ sụt 58 Bảng 4-4 Kết kiểm tra độ sụt đạt yêu cầu 58 Bảng 4-6 Thành phần vật liệu chế tạo nhóm mẫu 60 Bảng 4-7 Kết thí nghiệm ảnh hƣởng tới cƣờng độ chịu kéo uốn 61 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2-1 Sợi gia cƣờng Polypropylene 27 Hình 2-2 Dụng cụ đo độ sụt hỗn hợp bê tơng 39 Hình 2-3 Máy nén thủy lực xác định cƣờng độ chịu nén 43 Hình 2-4a Sơ đồ thí nghiệm kéo uốn, đặt tải 43 Hình 2-4b Sơ đồ thí nghiệm kéo uốn, đặt tải 44 Hình 2-5 Thiết bị bố trí thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu kéo uốn 46 Hình 4-1 Hình ảnh làm thí nghiệm đo độ sụt 57 Hình 4-2 Hình ảnh làm thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén 59 Bảng 4-5 Kết kiểm tra cƣờng độ chịu nén 60 Hình 4-3 Quan hệ hàm lƣợng sợi cƣờng độ chịu kéo uốn 61 v ĐẶT VẤN ĐỀ Trong nghiệp cơng nghệ hóa, đại hóa đất nƣớc ngành xây dƣợng đóng vai trị quan trọng Cùng với phát triển mạnh mẽ lĩnh vực khoa học công nghệ, ngành xây dựng có bƣớc tiến đáng kể Để đáp ứng đƣợc nhu cầu ngày cao xã hội, xu hƣớng nhu cầu xây dụng cơng trình có độ phức tạp kỹ thuật ngày lớn yêu cầu vật liệu chế tạo thay đổi Bê tông đƣợc biết đến rộng rãi loại nguyên liệu xây dựng linh hoạt tốn kém, nhiên cũng có mặt hạn chế vốn có Đối với tiêu chuẩn chung xây dựng bê tơng dễ gãy thiếu tính dẻo dai, đƣợc đặt nhiệt độ cực nóng lửa, bê tơng nổ vụn Với vấn đề bê tơng có chiều hƣớng gãy nứt khe nứt nhỏ thấy mắt thƣờng, thƣờng xảy sức căng từ bên làm lún & co ngót sau 24 Cịn nứt sau thời igan sử dụng bắt nguồn từ co ngót thoát nƣớc qua nhiều tháng, nhiều năm dẫn đến khơ & gãy Trong hai trƣờng hợp vết nứt ảnh hƣởng xấu đến tổng thể nguyên vẹn bê tông không cho phép trì trạng thái ban đầu nhƣ không đạt đƣợc hiệu cao Để khắc phục nhƣợc điểm cảu bê tơng việc sử dụng sợi bê tông sợi gia cƣờng giải pháp hữu hiệu Các nghiên cứu cho thấy: loại sợi đƣa vào thành phần bê tông tạo loại bê tông hỗn hợp khác Nó giúp cho bê tơng giảm rị rỉ, chống rạn nứt co ngót, tăng cƣờng độ bê tơng, rút ngắn thời gian hồn thiện, tạo độ bền, mơ đun đàn hồi lớn hơn, cƣờng độ chịu uốn cao hơn, độ thấm nƣớc thấp hơn, khả chịu mài mịn lớn độ bền cao hơn… Các cơng trình nghiên cứu chủ đề phổ biến, nhiên nhằm đánh giá tính xác khách quan cần tiến hành thí nghiệm trực tiếp Với mục đích nghiên cứu kiểm nghiệm số tính chất bê tông thƣờng bê tông sử dụng sợi gia cƣờng qua làm sáng, so sánh rút kết luận cho ƣu nhƣợc điểm bê tơng Từ phân tích trên, đề tài “Thiết kế thử nghiệm tính bê tơng sử dụng sợi gia cường polypropylene có cấp độ bền B15” có tính cấp thiết thực tiễn cao Chƣơng TỔNG QUAN, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan bê tông 1.1.1 Một số vấn đề chung bê tông Bê tông xi măng (bê tông) loại vật liệu đá nhân tạo nhận đƣợc sau làm rắn hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông (bê tông tƣơi) hỗn hợp bao gồm: cốt liệu, xi măng, nƣớc, phụ gia (nếu có) đƣợc lựa chọn tính tốn thành phần hợp lý, nhào trộn đồng đều, có tính dẻo, tính dính, độ linh động, nhƣng chƣa rắn chƣa có cƣờng độ Bê tơng có cấu trúc phức tạp, đƣợc tạo thành từ ba thành phần bản: cốt liệu, đá xi măng hệ thống lỗ rỗng, mao quản Cốt liệu hạt cát, đá, có hình dạng, kích thƣớc, đặc trƣng, bề mặt, cƣờng độ khác Đá xi măng đƣợc tạo thành từ xi măng tƣơng tác với nƣớc để giời gian cho rắn lại Hệ thống mao quản lỗ rỗng chứa nƣớc, khơng khí nƣớc Cốt liệu thành phần chính, tạo nên khung chịu lực bê tơng Nó hạt vật liệu dạng rời, có nguồn gốc tự nhiên nhân tạo, có thành phần hạt xác định, nhào trộn với xi măng nƣớc đơng cứng, rắn nhƣ đá Theo kích thƣớc hạt, cốt liệu dùng để chế tạo bê tông đƣợc phân cốt liệu nhỏ cốt liệu lớn Cốt liệu nhỏ (fine aggregate) hỗn hợp hạt cốt liệu có kích thƣớc chủ yếu từ 0,14mm đến 0,5mm Cốt liệ nhỏ cát tự nhiên, cát nghiền hỗn hợp cát tự nhiên cát nghiền Cốt liệu lớn (coare aggregate) hỗn hợp hạt cốt liệu có kích thƣớc 5mm đến 70mm Cốt liệu lớn đá dăm, sỏi, sỏi dăm, hỗn hợp loại với Đá dăm (crushed rock) loại cốt liệu lớn đƣợc sản xuất cách nghiền đá tự nhiên Sỏi (gravel) loại cốt liệu lớn đƣợc hình thành trình phong hóa tự nhiên Sỏi dăm (crushed gravel) loại cốt liệu lớn đƣợc sản xuất cách đập, nghiền sỏi, cuội có kích thƣớc lớn Cốt liệu lớn đƣợc cung cấp dƣới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt cỡ hạt riêng biệt Thành phần hạt cốt liệu lớn biểu thị lƣợng sót tích lũy mặt sàng tiêu chuẩn, đƣợc quy định theo tiêu chuẩn hành Việt Nam: TCVN 7570-2006 Trong bê tông, cốt liệu lớn sau đƣợc hồ xi măng gắn kết lại đóng vai trị khung chịu lực; cốt liệu nhỏ lấp lỗ rỗng cốt liệu lớn làm tăng độ đặc, đồng thời đảm bào khả co ngót cho bê tơng; chết kết dính nƣớc thành phần hoạt tính bê tơng, lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu, đồng thời đóng vai trị làm chất bơi trơn tạo độ dẻo cho bê tơng; q trình ngƣng kết rắn chắc, hồ chất kết dính có nhiệm vụ liên kết hạt cốt kiệu 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 chất phụ gia Khi nghiên cứu nhƣ sử dụng loại bê tông, ta thƣờng đặc biệt quan tâm đến tính cơng tác (độ sụt) hỗn hợp cƣờng độ bê tông Độ sụt tiêu quan trọng việc 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 khn nhƣng đảm bảo đƣợc độ đồng điều kiện đầm nén định Hỗn hợp có độ sụt lớn, việc thi cơng có phần dễ dàng nhanh hơn, nhƣng độ đồng thành phần nhƣ chất lƣợng bê tơng khó đƣợc đảm bảo Việc lựa chọn độ sụt bê tông phụ thuộc đặc điểm kết cấ, điều kiện thi công Cƣờng độ đặc trƣng bản, phản ánh khả bê tông chống lại phá hoại đƣơi tác dụng cảu tải trọng Khi đơng cứng, có khả chịu nén chịu kéo, nhƣng cƣờng độ chịu kéo nhỏ (trị số 5-10% cƣờng độ chịu nén), cƣờng độ chịu nén tiêu chí quan trọng việc phân cấp phân Mác bê tơng 1.1.2 Tính chất bê tơng Bê tông lâu bền thỏa mãn mặt khác điều kiện yêu cầu bảo vệ tránh khỏi tác động sở khơng phù hợp tất nơi có điều kiện bất lợi dẫn đến ảnh hƣởng phá hủy bê tông Chống chịu nƣớc sở kết cấu thủy hóa, nhƣng cƣờng độ độ bền vững yêu cầu sở cơng trình Rõ ràng thực tiễn việc thỏa mãn yêu cầu để bê tông hồn hảo làm giảm tính kinh tế yêu cầu kết cấu mong muốn phải thỏa mãn u cầu hợp lý tuổi thọ cơng trình, độ an tồn, hình dáng Hay nói cách khác kết cấu phải đƣợc thiết kế đủ việc thi công bê tông hợp lý đảm bảo đủ vững trãi để chịu đƣợc tải trọng thiết kế kinh tế, khơng phí ban đầu mà cịn điều kiện khác giai đoạn cuối tuổi thọ cơng trình 1.1.2.1 Tính cơng tác bê tơng Tính cơng tác bê tơng đƣợc định nghĩa dễ dàng chuyển giao, chuyển đổ điểm đổ với giảm thiểu khả tính đồng bê tơng đƣợc làm nhóm vật liệu cho trƣớc Sự quan trọng độ dẻo đồng đƣợc nhấn mạnh sở để tính cơng tác đƣợc xác định khả phục vụ hình dạng kết cấu Tính cơng tác phụ thuộc vào vật liệu phối trộn nhƣ đặc tính loại vật liệu Cấp độ tính cơng tác đƣợc u cầu phù hợp với việc đổ cố kết bê tông đƣợc điều chỉnh kích thƣớc hình dạng kết cấu khoảng cách, kích cỡ vật liệu gia cố Qua nhiều năm có nhiều thiết bị đƣợc phát kiến để đánh giá tính cơng tác bê tơng Tuy nhiên khơng có phƣơng pháp đánh giá hết đƣợc đặc tính liên quan Những đặc tính dễ đổ, hoàn thiện chất lƣợng, tách nƣớc dạng phân tầng khác Việc sử dụng khí làm giảm thiểu ảnh hƣởng khô ráp bê tông trộn, nhƣng Chƣơng THỰC NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH THÀNH PHẦN BÊ TÔNG SỢI POLYPROPYLENE 4.1 Tổng hợp kết tính tốn lý thuyết thí nghiệm kiểm tra Tổng hợp kết tính tốn lý thuyết thành phần vật liệu chế tạo 1m3 bê tông kết thí nghiệm độ sụt hỗn hợp, cƣờng độ chịu nén cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông (bê tông thƣờng) bê tông sợi đƣợc thể Bảng 4-1 Bảng 4-1 Tổng hợp kết thiết kế thí nghiệm Các thành phần vật liệu cho 1m3 Loại bê tông Bê tông sợi PP Bê tơng thƣờng Kết thí nghiệm bê tơng Đ C X N P S Rb Rbt (kg) (kg) (kg) (lít) (kg) (cm) (MPa) (MPa) 1197 747 300 210 1,6 7,2 23,0 3,25 1197 747 300 210 9,2 21,0 1,70 Từ kết đạt đƣợc bảng 4-1, đề tài tiếp tục kiểm tra hiệu chỉnh thực nghiệm, đồng thời khảo sát ảnh hƣởng tới cƣờng độ chịu kéo uốn để tìm hàm lƣợng sợi hợp lý 4.2 Kiểm tra hiệu chỉnh theo độ sụt - Nhào trộn hỗn hợp với thành phần vật liệu xác định đƣợc bƣớc tính toán lý thuyết; kiểm tra độ sụt hỗn hợp sụt tiêu chuẩn Có thể xảy trƣờng hợp sau: + Độ sụt (S) nhỏ độ sụt yêu cầu (Syc): S < Syc 55 Lúc phải vào mức độ nhỏ độ sụt để tăng lƣợng dùng nƣớc xi măng, nhƣng phải đảm bảo tỉ lệ N/X không đổi để tính lại lƣợng cát (C) đá (Đ) + Độ sụt (S) lớn độ sụt yêu cầu (Syc): S > Syc Lúc phải vào mức độ lớn độ sụt để tăng lƣợng dùng cát đá dăm, nhƣng phải đảm bảo tỉ lệ C/Đ khơng đổi để khơng phải tính lại + Độ sụt (S) độ sụt yêu cầu (Syc): S = Syc Khi độ sụt nằm khoảng độ sụt yêu cầu, ta chấp nhậ kết quả, xác định lại lƣợng vật liệu cho 1m3 bê tông chuyển sang kiểm tra bƣớc Việc hiệu chỉnh lại thành phần vật liệu đƣợc thực theo công thức sau: Đ‟ = 1000 Đ/V (kg/m3) (4.1) C‟ = 1000 C/V (kg/m3) (4.2) X‟ = 1000 X/V (kg/m3) (4.3) N‟ = 1000 N/V (kg/m3) (4.4) Trong đó: Đ, C, X, N: lƣợng dùng đá dăm, cát, xi măng, nƣớc cho mẫu hỗn hợp bê tơng tích V (lít) sau kiểm tra độ sụt (kg); Đ‟, C‟, X‟, N‟: lƣợng dùng đá dăm, cát, xi măng, nƣớc cho 1m3 bê tông sau hiệu chỉnh để đảm bảo độ sụt - Hình ảnh trình làm thí nghiệm độ sụt đƣợc thể Hình 4-1 hình ảnh phần phụ lục 56 Hình 4-1 Hình ảnh làm thí nghiệm đo độ sụt - Kết thí nghiệm kiểm tra độ sụt hai loại hỗn hợp (có sử dụng khơng sử dụng sợi PP) lần trộn thứ đƣợc thể Bảng 4-2 Bảng 4-2 Kết kiểm tra độ sụt lần trộn thứ Độ sụt ban đầu – S1 (cm) Loại hỗn hợp Hỗn hợp bê tông sợi PP Hỗn hợp bê tông thƣờng Mẫu 01 Mẫu 02 Mẫu 03 Trung bình 5,5 5,0 4,0 4,8 6,0 5,5 5,5 5,7 Từ kết Bảng 4-2 cho thấy: độ sụt trung bình hai mẫu hỗn hợp nhỏ độ sụt yêu cầu (Syc = – 10cm) Nhƣ cần phải hiệu chỉnh lại lƣợng vật liệu trộn hỗn hợp, cụ thể phải tăng lƣợng nƣớc xi măng với tỷ lệ X/N không đổi Việc thêm lƣợng nƣớc xi măng vào trộn hỗn hợp đƣợc thực theo phƣơng pháp thử dần mẫu hỗn hợp bê tông đạt độ sụt yêu cầu - Qua trình thực hiện, đề tài nghiên cứu điều chỉnh lƣợng nƣớc xi măng nhiều lần, kết cuối hiệu chỉnh lại thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông đƣợc thể Bảng 4-3 57 Bảng 4-3 Kết hiệu chỉnh thành phần vật liệu theo độ sụt Hỗn hợp bê tông sợi PP Hỗn hợp bê tông thƣờng D (kg) C (kg) X (kg) N (lít) P (kg) 1197 747 300 210 1,6 1197 747 300 210 Với tỉ lệ thành phần vật liệu Bảng 4-2, độ sụt mẫu thí nghiệm đƣợc thể Bảng 4-4 Bảng 4-4 Kết kiểm tra độ sụt đạt yêu cầu Độ sụt ban đầu – S1 (cm) Loại hỗn hợp Hỗn hợp bê tông sợi PP Hỗn hợp bê tông thƣờng Mẫu 01 Mẫu 02 Mẫu 03 Trung bình 7,0 7,5 7,0 7,2 9.5 9.0 9.2 4.3 Kiểm tra hiệu chỉnh theo cƣờng độ chịu nén - Lấy hỗn hợp bê tông thử độ sụt đạt yêu cầu để đúc mẫu thử cƣờng độ chịu nén (khơng 3-5 mẫu có cƣờng độ không sai khác 15% cƣờng độ trung bình); - Bảo dƣỡng 28 ngày: 01 ngày dùng khăn ẩm 27 ngày sau ngâm nƣớc; - Nén mẫu để xác định cƣờng độ chịu nén trung bình (Rb) so sánh với cƣờng độ chịu nén yêu cầu (Ryc); kết xảy trƣờng hợp sau: + Nếu cƣờng độ chịu nén trung bình mẫu nén lớn cƣờng độ yêu cầu (Rb > Ryc): lúc phải vào mức độ lớn cƣờng để có biện pháp xử lý: cƣờng độ trung bình lớn 15% cƣờng độ yêu cầu, 58 phải giảm lƣợng dùng xi măng; khơng lớn q 15% chấp nhận kết + Nếu cƣờng độ trung bình nhỏ cƣờng độ yêu cầu (Rb < Ryc): lúc phải tính tốn lại từ đầu; cách: phải chọn lại mác xi măng, chọn lại loại vật liệu khác + Nếu cƣờng độ trung bình cƣờng độ yêu cầu (Rb = Ryc): lúc chấp nhận kết thiết kế tiến hành xác định, hiệu chỉnh lại lƣợng vật liệu cho 1m3 bê tông: Đ‟ = 1000 Đ/V (kg/m3) (4.5) C‟ = 1000 C/V (kg/m3) (4.6) X‟ = 1000 X/V (kg/m3) (4.7) N‟ = 1000 N/V (kg/m3) (4.8) Trong đó: Đ, C, X, N: lƣợng dùng đá, cát, xi măng, nƣớc (Đ, C, X, N) cho mẫu bê tơng tích V (lít) trƣớc kiểm tra cƣờng độ (kg); Đ‟, C‟, X‟, N‟: lƣợng dùng Đ, C, X, N cho 1m3 bê tông sau kiểm tra cƣờng độ - Hình ảnh trình làm thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén bê tơng đƣợc thể Hình 4-2 hình ảnh phần phụ lục Hình 4-2 Hình ảnh làm thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén 59 - Kết thí nghiệm kiểm tra cƣờng độ bê tơng đƣợc chế tạo từ hỗn hợp có thành phần đƣợc hiệu chỉnh theo độ sụt đƣợc thể Bảng 4-5 Bảng 4-5 Kết kiểm tra cƣờng độ chịu nén Loại bê tông Bê tông sợi PP Bê tông thƣờng Độ sụt ban đầu – S1 (cm) Mẫu 01 Mẫu 02 Mẫu 03 Trung bình 22,8 23,0 23,1 23,0 20,8 21,0 21,2 21,0 Từ kết Bảng 4-5 cho thấy cƣờng độ nén trung bình mẫu bê tông lớn yêu cầu không 15% Vì đề tài định chấp nhận kết thiết kế thành phần vật liệu 4.4 Kiểm tra lựa chọn hàm lƣợng sợi theo cƣờng độ chịu kéo uốn 4.4.1 Phương án thí nghiệm Để kiểm tra lựa chọn hàm lƣợng sợi theo cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông, đề tài chế tạo 05 nhóm mẫu hỗn hợp bê tơng sử dụng hàm lƣợng sợi PP (ký hiệu: P) lần lƣợt là: 1,0kg/m3; 1,3kg/m3; 1,6kg/m3; 1,9kg/m3 2,2kg/m3; tỉ lệ thành phần vật liệu khác (Đá dăm - Đ, Cát - C, Xi măng – X Nƣớc - N) theo thiết kế Cụ thể hàm lƣợng thành vật liệu chế tạo nhóm mẫu đƣợc thể Bảng 4-6 Bảng 4-6 Thành phần vật liệu chế tạo nhóm mẫu TT P (kg/m3) Đ (kg/m3) C (kg/m3) X (kg/m3) N (l/m3) 1 1197 747 300 210 1.3 1197 747 300 210 1.6 1197 747 300 210 1.9 1197 747 300 210 2.2 1197 747 300 210 60 4.4.2 Kết phân tích kết thí nghiệm Kết thí nghiệm cƣờng độ chịu kéo uốn nhóm mẫu bê tông 28 ngày tuổi (Rbt) đƣợc thể Bảng 4-7 Bảng 4-7 Kết thí nghiệm ảnh hƣởng tới cƣờng độ chịu kéo uốn Cƣờng độ chịu kéo uốn (MPa) Nhóm P mẫu (kg/m3) Mẫu Mẫu Mẫu Trung bình 1,0 1.67 1.64 1.79 1.70 1,0 2.60 2.81 3.10 2.84 1,3 2.72 3.05 3.15 2.97 1,6 3.35 3.38 3.02 3.25 1,9 3.43 3.30 3.28 3.34 2,2 3.51 3.39 3.28 3.39 Từ kết thí nghiệm nhóm mẫu, xây dựng quan hệ hàm lƣợng sợi Polypropylene cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông, đƣợc thể qua đồ thị Hình 4-3 Cƣờng độ chịu kéo uốn, MPa 4,00 3,50 y = -0,5x2 + 2,4433x + 0,5827 R² = 0,9138 3,00 Trung binh 2,50 Lan Lan 2,00 Lan Poly (Trung binh) 1,50 1,3 1,6 1,9 2,2 Hàm lƣợng sợi, kg/m3 Hình 4-3 Quan hệ hàm lƣợng sợi cƣờng độ chịu kéo uốn 61 Từ kết thí nghiệm cho thấy, cƣờng độ chịu kéo uốn mẫu bê tông sử dụng hàm lƣợng sợi Polypropylene khác có trị số khác lớn hẳn cƣờng độ kéo uốn bê tơng thƣờng Qua khẳng định, có mặt sợi Polypropylene làm tăng cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông Khi hàm lƣợng sợi Polypropylene thay đổi từ 1,0 kg/m3 đến 2,2 kg/m3, cƣờng độ chịu kéo uốn mẫu bê tơng tuổi 28 ngày có xu hƣớng tăng dần: cƣờng độ chịu kéo uốn thấp 2,84 MPa ứng với hàm lƣợng sợi 1,0kg/m3, cƣờng độ chịu kéo uốn cao 3,39 MPa ứng với hàm lƣợng sợi 2,2kg/m3 Sự ảnh hƣởng đáng kể hàm lƣợng sợi Polypropylene đến cƣờng độ chịu kéo uốn bê tơng sợi đƣợc giải thích: thân sợi Polypropylene có cƣờng độ chịu kéo tốt; hỗn hợp bê tơng, sợi có khả phân bố rải khắp vị trí với phƣơng chiều khác nhau, tạo nên mạng lƣới không gian kết nối nội Đồng thời, sợi Polypropylene có khả chịu bôi trơn giữ hồ xi măng bề mặt, tạo nên dính kết sợi thành phần vật liệu khác; từ tạo lực dính bám liên kết nội bê tơng sợi tốt Mạng lƣới đa chiều sợi Polypropylene, góp phần lớn làm tăng cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông, Từ đồ thị bảng kết thí nghiệm thấy rõ: hàm lƣợng sợi Polypropylene thay đổi từ 1,0 kg/m3 đến 1,6 kg/m3, cƣờng độ chịu kéo uốn có xu hƣớng tăng nhanh Điều giải thích: ảnh hƣởng tích cực hàm lƣợng sợi Polypropylene đến giới hạn định Khi hàm lƣợng sợi chƣa lớn, hỗn hợp sợi dễ ràng đƣợc phân bố đồng qua trình nhào trộn; xảy tƣợng quện bó sợi cục bộ, từ phát huy đƣợc tối đa tác dụng sợi; nên hàm lƣợng sợi tăng cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông tăng theo gần nhƣ quy luận tuyến tính Khi hàm lƣợng sợi vƣợt 1,6 kg/m3, cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông tăng chậm Điều giải thích hai nguyên nhân chính: 62 Thứ nhất, lƣợng sợi Polypropylene hỗn hợp nhiều tất yếu cần nhiều lƣợng hồ xi măng để bôi trơn phủ bề mặt sợi; lƣợng hồ xi măng chế tạo mẫu thí nghiệm cố định, nên lƣợng sợi tăng 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 cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông Thứ hai, lƣợng sợi hỗn hợp nhiều, dẫn đến tƣợng phân bố không đồng đều, sợi bị tập trung - quện thành bó; dẫn đến hồ xi măng khơng tiếp xúc đƣợc hồn tồn với sợi; sợi khơng phát huy đƣợc tác dụng; gây ảnh hƣởng xấu không với cƣờng độ kéo uốn mà đến tính khác bê tơng Trong khoảng phạm vi nghiên cứu, quan hệ hàm lƣợng sợi cƣờng độ chịu kéo uốn bê tơng sợi Polypropylene dùng phƣơng trình (4-1) để đánh giá: Rbt = - 0,192P2 + 1,336P + 1,638 (4-1) Trong đó: Rbt – cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông sợi Polypropylene, MPa; P – hàm lƣợng sợi Polypropylene, kg/m3 4.5 Phân tích tổng hợp lựa chọn thành phần hợp lý Từ kết thínghiệm nhận thấy: độ sụt cƣờng độ chịu nén bê tông sợi PP không thay đổi nhiều so với bê tông thƣờng, cƣờng độ chịu kéo uốn tăng rõ rệt Nhƣ vậy, việc lựa chọn hàm lƣợng sợi chủ yếu đƣợc dựa vào cƣơng độ chịu kéo uốn Qua kết thí nghiệm phân tích tổng hợp ảnh hƣởng hàm lƣợng sợi đến độ sụt, cƣờng độ chịu nén cƣờng độ chịu kéo uốn, với loại bê tông cấp B15 nên sử dụng hàm lƣợng sợi PP khoảng 1,6 đến 1,9kg/m3 63 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 kết luận: Bê tông sử dụng sợi gia cƣờng xu hƣớng tiên tiến, sử dụng vật liệu có chất lƣợng cao xây dựng cơng trình Sợi Polypropylene loại sợi tổng hợp, giới nghiên cứu sử dụng loại sợi bê tông chƣa nhiều, đặc biệt Việt Nam chƣa thấy có nghiên cứu đƣợc cơng bố Chính việc nghiên cứu để đƣa số kết luận đề xuất ban đầu chế tạo loại bê tông sử dụng loại sợi Polypropylene mang ý nghĩa khoa học thực tiễn cao với điều kiện Việt Nam Sử dụng phƣơng pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm để thiết kế thành phần bê tông sử dụng sợi gia cƣờng loại Polypropylene với cƣờng độ yêu cầu 20MPa Từ kết tính tốn lý thuyết kết hợp với kiểm tra tiêu độ sụt hỗn hợp cƣờng độ chịu nén mẫu bê tông, đề tài xác định đƣợc thành phần vật liệu để chế tạo bê tông sợi PP; đồng thời đƣợc bƣớc cụ thể để thực việc thiết kế thành phần loại bê tơng Qua việc thí nghiệm so sánh tính với bê tơng thƣờng cho thấy: có mặt sợi PP có làm giảm độ sụt hỗn hợp bê tông làm tăng cƣờng độ chịu nén, nhiên tăng giảm không lớn; trội bê tơng sợi PP cƣờng độ chịu kéo Hàm lƣợng sợi PP có ảnh hƣởng lớn đến cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông So với bê tông thƣờng, cƣờng độ chịu kéo uốn bê tông sợi PP tăng rõ rệt Ở giới hạn định hàm lƣợng sợi nhỏ, cƣờng độ chịu kéo uốn tăng nhanh gần nhƣ theo quy luật tuyến tính bậc với hàm lƣợng sợi; nhƣng hàm lƣợng sợi vƣợt khoảng 1,6 kg/m3 cƣờng độ chịu kéo uốn lại có xu hƣớng tăng chậm dần Với loại bê tông cấp tƣơng đƣơng B15, mức độ 64 ảnh hƣởng hàm lƣợng sợi PP đến cƣờng độ chịu kéo uốn đƣợc đánh giá qua phƣơng trình thực nghiệm (4-1) Qua kết thí nghiệm phân tích tổng hợp ảnh hƣởng hàm lƣợng sợi đến độ sụt, cƣờng độ chịu nén cƣờng độ chịu kéo uốn, với loại bê tông cấp B15 nên sử dụng hàm lƣợng sợi PP khoảng 1,6 đến 1,9kg/m3 Tồn Do điều kiện hạn chế thời gian kinh phí, đề tài nghiên cứu với loại bê tơng sử dụng sợi PP có cấp độ bền tƣơng đƣơng bê tông B15, dùng cốt liệu lớn đá dăm cốt liệu nhỏ cát vàng, xi măng PCB-40 không sử dụng phụ gia; số lƣợng mẫu thí nghiệm cịn hạn chế; tiêu tính bê tông đƣợc nghiên cứu chƣa nhiều: chƣa nghiên cứu đến tính chống thấm, tính chống cháy, … Kiến nghị Từ kết nghiên cứu tồn tại, đề tài kiến nghị: Để thiết kế thành phần bê tơng sử dụng sợi gia cƣờng sử dụng phƣơng pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm với bƣớc cụ thể trình bày báo cáo; Khi thiết kế thành phần bê tông dùng sợi PP với cƣờng độ yêu cầu 20MPa, nên sử dụng hàm lƣợng sợi nằm khoảng 1,6 ÷ 1,9kg/m3; Cần tiếp tục nghiên cứu với loại bê tông cấp cao với nhiều tiêu tính để đƣa kết luận, đề xuất xác tồn diện thiết kế thi công bê tông sợi PP 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jongsung Sim, Cheolwoo Park Characteristics of basalt fiber as a strengthening material for concrete structures Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University, Sa-l-dong, Ansan, Kyunggi 425-791, South Korea [2] Dias D P, Thaumaturgo C Fracture toughness of geopolymeric concretes reinforced with basalt fibers[J] Cement and Concrete Composites, 2005 27: 49-54 [3] 崔子丰,王伟 玻璃纤维和聚酯纤维混凝土力学性能的研究 工程施工技 术 2010 05: 0151-0153 [4] 史国刚, 李海涛, 顾兴宇 柔性玄武岩纤维水泥混凝土配比优化设计 公 路交通科技 2012 05: 24-29 [5] 郑捷, 玄武岩纤维对混凝土改性效果的研究 中外公路 2011 05: 02430246 [6] 鲁畅 玄武岩纤维混凝土路用性能与应用研究 河南大学，2012 [7] 吴钊贤 玄武岩纤维混凝土基本力学性能与应用研究 武汉理工大学， 2009 [8]申爱琴 水泥与水泥混凝土.北京: 人民交通出版社 2004 [9] 汪澜 水泥混凝土组成性能应用 北京: 中国建材工业出版社 2005 [10] 傅智, 李红 公路水泥混凝土路面施工技术规范实施与应用指南 北京: 人民交通出版社, 2003.8 [11] 中华人民共和国交通部.公路水泥混凝土路面施工技术规范 (JTGF3O2003) 北京: 人民交通出版社, 2003.7 [12] 中华人民共和国交通部.公路工程集料试验规程 (JTGE42 - 2005) 北京: 人民交通出版社, 2005.6 [13] Đoàn Thị Thu Loan Nghiên cứu cải thiện tính vật liệu composite sợi đay/nhựa Polypropylene phƣơng pháp biến tính nhựa Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng, 2010 01: 28-35 [14] Nguyễn Hùng Phong Nghiên cứu thực nghiệm gia cƣờng kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép sợi thủy tinh Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, 2014 03: 23-29 [15] 邓文清 (DANG VAN THANH) SMA高温稳定性影响因素及纤维作用 机理研究 东北林业大学，2013 [16] 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 [17] Phạm Duy Hữu tác giả Vật liệu xây dựng 2011 Nhà xuất Giao thông vân tải, Hà Nội, 2011 [18]Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682: 2009 – Xi măng Poóc lăng – Yêu cầu kỹ thuật Hà Nội, 2009 [19] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570: 2006 – Cốt liệu cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật Hà Nội, 2006 [20] Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 302: 2004 – Nƣớc trộn bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật Hà Nội, 2004 [21] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8826: 2011 – Phụ gia hóa học cho bê tơng Hà Nội, 2011 [22] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6016: 1995 – Xác định giới hạn bền nén xi măng Hà Nội, 1995 [23] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6017: 1995 – Xác định thời gian đông kết lƣợng nƣớc tiêu chuẩn xi măng Hà Nội, 1995 [24] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-2: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt Hà Nội, 2006 [25] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-4: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 4: Xác định khối lƣợng riêng, khối lƣợng thể tích độ hút nƣớc Hà Nội, 2006 [26] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-5: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 5: Xác định khối lƣợng riêng, khối lƣợng thể tích độ hút nƣớc đá gốc hạt cốt liệu lớn Hà Nội, 2006 [27] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-8: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 8: Xác định hàm lƣợng bùn, bụi, sét cốt liệu hàm lƣợng sét cục cốt liệu nhỏ Hà Nội, 2006 [28] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-6: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 6: Xác định khối lƣợng thể tích xốp độ hổng Hà Nội, 2006 [29] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-9: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 9: Xác định tạp chất hữu Hà Nội, 2006 [30] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-10: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 10: Xác định cƣờng độ hệ số hoá mềm đá gốc Hà Nội, 2006 [31] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-11: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 11: Xác định độ nén dập hệ số hoá mềm cốt liệu lớn Hà Nội, 2006 [32] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-12: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 12: Xác định độ hao mòn va đập cốt liệu lớn máy Los Angeles Hà Nội, 2006 [33] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-13: 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa Phƣơng pháp thử - Phần 13: Xác định hàm lƣợng hạt thoi dẹt cốt liệu lớn Hà Nội, 2006 [34] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3106: 1993 - Hỗn hợp bê tông nặng – Phƣơng pháp thử - Phƣơng pháp xác định độ sụt Hà Nội, 1993 [35] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118: 1993 - Bê tông nặng – Phƣơng pháp thử - Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén Hà Nội, 1993 [36] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3119: 1993 - Bê tông nặng – Phƣơng pháp thử - Phƣơng pháp xác định cƣờng độ kéo uốn Hà Nội, 1993 [37] Mahendra Prasad, Chandak Rajeev and Grover Rakesh, „A Comparative Stydy of Polypropylene Fibre Reinforced Silica Fume Concrete with Plain Cement Concrete‟, International journad of Engineering esearh and Science & Technology, Vol2, No4, Nov, 2013, pp 127-136 [38] Dr,T,Ch,Madhavi, L,Swamy Raju, Deepak Mathur-Oranized 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 [39] Peng Zhang and Qingfu Li (2013) „Fracture Propeties Polypropylen Fiber reinforced Concrete Fly Ash and Silica Fume‟,esearch Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 5(2): 665-670, 2013 [40] V,Ramadevi, and D,L,Venkatesh Baku, “Flexural behavior of hybrid (steel and polypropylene) fibre einforced concrete beams”, Europeam journal of Scientific Research, vol70, no1, pp, 81-87, 2012 [41] Nguyễn Văn Chánh Trần Văn Miền, nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi vật liệu địa phƣơng75-82 [42] Tăng Văn Lâm, Nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lƣợng cao có sử dụng cốt sợi polypropylene dùng cho kết cấu mặt đƣờng sân bay [43] Lê Trung Thành – Viện KHCN Xây dựng “Bê tông chất lƣợng cao nghiên cứu phát triển từ giới tới Việt Nam” – Tạp chí vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng [44] Trần Bá Việt, Nguyễn Tiến Bình – Viện KHCN Xây dựng “Vai trị sợi polypropylene việc giảm biến dạng mềm bê tơng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam” ... quan bê tông sợi polypropylen 1.2.1 Tổng quan bê tông sợi Trên giới có nhiều nghiên cứu sử dụng bê tông sử dụng sợi gia cƣờng, với loại sợi đƣợc sử dụng chủ yếu nhƣ: sợi thép, sợi thủy tinh, sợi. .. kiểm nghiệm số tính chất bê tông thƣờng bê tông sử dụng sợi gia cƣờng qua làm sáng, so sánh rút kết luận cho ƣu nhƣợc điểm bê tơng Từ phân tích trên, đề tài ? ?Thiết kế thử nghiệm tính bê tơng sử dụng. .. dụng sợi gia cường polypropylene có cấp độ bền B15? ?? có tính cấp thiết thực tiễn cao Chƣơng TỔNG QUAN, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan bê tông 1.1.1 Một số vấn đề chung bê tông Bê